JP2016223952A - 放射線撮像装置、およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の検出回数に基づいて生成される画像に生じる誤差を低減するために有利な技術を提供する。【解決手段】放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータで変換された光の強度をそれぞれ検出する複数の画素を有し、光の強度に関する複数のレベルの各々について光の検出回数を画素ごとにカウントする検出部と、前記検出部によって画素ごとに得られた各レベルの検出回数に基づいて、画像を生成する処理を行う処理部と、を含み、前記処理部は、放射線のエネルギーと前記検出部において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報を用いて、前記検出部によって得られた各レベルの検出回数を画素ごとに補正し、補正した検出回数に基づいて画像を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置、およびその制御方法に関する。

放射線（Ｘ線）による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が知られている。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断において、静止画や動画などのデジタル撮像装置として用いられうる。

ＦＰＤとしては、例えば、積分型のセンサおよびフォトンカウンティング型のセンサがある。積分型のセンサは、放射線の入射により発生した電荷の総量を計測する。それに対し、フォトンカウンティング型のセンサは、入射した放射線のエネルギー（波長）を識別し、複数のエネルギーレベルの各々について放射線の検出回数をカウントする。即ち、フォトンカウンティング型のセンサは、エネルギー分解能を有するため、積分型のセンサに比べて診断能力を向上させることができる。

フォトンカウンティング型のセンサは、例えば、特許文献１および２に提案されている。特許文献１には、ＣｄＴｅを用いて放射線のエネルギーを直接検出することにより放射線の検出回数をカウントする直接型のセンサが提案されている。また、特許文献２には、放射線の入射によりシンチレータで生じた光の強度を検出し、当該光の検出回数をカウントする間接型のセンサが提案されている。

特表２０１３−５０１２２６号公報 特開２００３−２７９４１１号公報

直接型のセンサに用いられるＣｄＴｅの単結晶は、数ｃｍ角程度にしか成長させることができない。そのため、直接型のセンサは、大面積化が困難であり、非常に高価となる。また、アモルファスＳｅを成膜することにより大面積の直接型のセンサを実現する方法もあるが、当該方法により作製されたセンサは、動作が遅く、温度管理が必要などの難点がある。

これに対し、間接型のセンサは、大面積化が容易であり安価となるという利点がある。しかしながら、間接型のセンサでは、シンチレータに入射した放射線のエネルギーに対応する強度とは異なる強度で光がセンサに入射することがある。この場合、放射線のエネルギーを高精度に識別することが不十分になり、光の強度に関するレベルごとにカウントされる光の検出回数に誤差が生じうる。その結果、光の検出回数に基づいて生成される画像にも誤差が生じうる。

そこで、本発明は、光の検出回数に基づいて生成される画像に生じる誤差を低減するために有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータで変換された光の強度をそれぞれ検出する複数の画素を有し、光の強度に関する複数のレベルの各々について光の検出回数を画素ごとにカウントする検出部と、前記検出部によって画素ごとに得られた各レベルの検出回数に基づいて、画像を生成する処理を行う処理部と、を含み、前記処理部は、放射線のエネルギーと前記検出部において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報を用いて、前記検出部によって得られた各レベルの検出回数を画素ごとに補正し、補正した検出回数に基づいて画像を生成する、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、光の検出回数に基づいて生成される画像に生じる誤差を低減するために有利な技術を提供することができる。

第１実施形態の放射線撮像装置を示す概略図である。 検出部の構成を示す図である。 各画素の構成を示す図である。 照射期間と読み出し期間とを示す図である。 照射期間における各画素の動作を示す図である。 読み出し期間における各画素の動作を示す図である。 光検出器で検出される光の強度を説明するための図である。 光検出器で検出される光の強度を説明するための図である。 放射線のエネルギーと検出部において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す図である。 光の検出回数を補正する処理を説明するための図である。 第２実施形態の検出部における画素の等価回路を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）が作り出すビームであるα線、β線、γ線などの他に、それと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ものとする。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の放射線撮像装置１００（放射線撮像システム）について説明する。図１は、第１実施形態の放射線撮像装置１００を示す概略図である。第１実施形態の放射線撮像装置１００は、例えば、被検体に放射線を照射する照射部１０１と、照射部１０１を制御する制御部１０２と、放射線が照射された被検体を撮像する撮像部１０４と、処理部１０３とを含みうる。制御部１０２および処理部１０３はそれぞれ、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータなどによって構成されうる。ここで、第１実施形態では、制御部１０２および処理部１０３が別々に構成されているが、それに限られるものではなく、一体に構成されていてもよい。即ち、制御部１０２および処理部１０３が、それらの機能を有する１つのコンピュータで構成されていてもよい。

撮像部１０４は、入射した放射線を光（例えば可視光）に変換するシンチレータ１０５と、シンチレータ１０５で生じた光の強度を検出する検出部１０６とを含むフォトンカウンティング型のセンサである。検出部１０６は、例えば、シンチレータ１０５で生じた光の強度をそれぞれ検出する複数の画素２０１が二次元状（Ｘ行×Ｙ列のアレイ状）に配置されたセンサであり、シンチレータ１０５で生じた光の検出回数をカウントする。処理部１０３は、検出部１０６によって画素ごとにカウントされた光の検出回数に基づいて、例えばディスプレイ（表示部）上に表示するための画像を生成する処理を行う。また、処理部１０３は、検出部１０６によってカウントされた光の検出回数を画素ごとに補正する補正部１３０を含みうる。

次に、検出部１０６の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、検出部１０６の構成を示す図である。検出部１０６は、複数の画素２０１、垂直シフトレジスタ２０２、水平シフトレジスタ２０３、垂直データ線２０４、垂直選択線２０５、出力データ線２０６、水平選択線２０７および水平選択回路２０８を含みうる。複数の画素２０１の各々は、光の強度に関する複数のレベルの各々について、シンチレータ１０５で生じた光の検出回数をカウントするように構成されうる。そして、各画素２０１は、複数のレベルのうち、垂直選択線２０５を介して信号が供給されることによって選択されたレベルの検出回数のデータを、垂直データ線２０４を介して水平選択回路２０８に供給する。

垂直シフトレジスタ２０２は、所望のレベルの検出回数のデータが各画素２０１から出力されるように、信号を供給する垂直選択線２０５を順番に切り替える。水平選択回路２０８は、水平選択線２０７を介して信号が供給されたときに、各画素２０１から供給された検出回数のデータを出力データ線２０６に出力する。また、水平シフトレジスタ２０３は、検出回数のデータを出力データ線２０６に出力する動作が複数の水平選択回路２０８において順番に行われるように、信号を供給する水平選択線２０７を順番に切り替える。ここで、図２では、説明を簡単にするため、３行×３列の画素２０１が配列された検出部１０６を示したが、実際には、より多くの画素２０１が配列された検出部１０６が用いられうる。例えば、１７インチの検出部１０６（ＦＰＤ）では、約２８００行×約２８００列の画素２０１が配置されうる。

次に、各画素２０１の構成について図３を参照しながら説明する。図３は、各画素２０１の構成を示す図である。検出部１０６の各画素２０１は、シンチレータ１０５で生じた光を検出する光検出器３０１を含む。そして、光検出器３０１からの出力値を複数の基準値の各々と比較し、複数の基準値の各々について基準値以上の出力値が得られた回数を、複数のレベルの各々についての光の検出回数としてカウントするように構成されうる。例えば、各画素２０１は、光検出器３０１の他に、微分回路３０２、コンパレータ３０３、カウンタ３０４、行選択回路３０５を含むように構成されうる。

光検出器３０１は、放射線がシンチレータ１０５に入射することによりシンチレータ１０５で生じた光を検出し、電気信号を出力する光電変換器である。微分回路３０２は、光検出器３０１から出力された電気信号を電圧のパルス信号に変換して出力する。コンパレータ３０３は、微分回路３０２から出力されたパルス信号の電圧値と基準電圧３０６（基準値）とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する。例えば、微分回路３０２から出力されたパルス信号の電圧値が基準電圧３０６以上である場合は、コンパレータ３０３は、比較結果に応じた信号としてデジタル値「１」を出力する。一方で、微分回路３０２から出力されたパルス信号の電圧値が基準電圧３０６より小さい場合は、コンパレータ３０３は、比較結果に応じた信号としてデジタル値「０」を出力する。コンパレータ３０３に供給される基準電圧３０６は、検出部１０６における全ての画素２０１に対して共通の値になるように設定されうる。カウンタ３０４は、コンパレータ３０３から出力されたデジタル値「１」をカウントする。即ち、カウンタ３０４は、放射線がシンチレータ１０５に入射することによりシンチレータ１０５で生じた光の検出回数をカウントする。また、行選択回路３０５は、それに接続された垂直選択線２０５を介して垂直シフトレジスタ２０２から信号が供給されたとき、検出回数のデータを垂直データ線２０４を介して水平選択回路２０８に供給する。そして、水平選択回路２０８に水平選択線２０７を介して信号が供給されたとき、検出回数のデータが処理部１０３に供給される。

図３に示す構成では、各画素２０１に、２つのコンパレータ３０３Ｂおよび３０３Ｒ、２つのカウンタ３０４Ｂおよび３０４Ｒ、２つの行選択回路３０５Ｂおよび３０５Ｒが設けられている。そして、２つのコンパレータ３０３Ｂおよび３０５Ｒには、互いに異なる値を有する基準電圧３０６Ｂおよび３０６Ｒがそれぞれ供給される。このように、第１実施形態の検出部１０６における各画素２０１では、コンパレータ３０３、カウンタ３０４および行選択回路３０５が複数設けられ、各コンパレータ３０３に供給される基準電圧３０６が互いに異なる値に設定される。これにより、各画素２０１は、光の強度に関する複数のレベルの各々について、光の検出回数をカウントすることができる。

ここで、図３に示す構成では、コンパレータ３０３、カウンタ３０４および行選択回路３０５が２つずつ設けられているが、それに限られるものではなく、３つ以上ずつ設けられてもよい。例えば、処理部１０３によって生成された画像を表示するためのディスプレイの１つの画素が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つのサブピクセルを含む場合を想定する。この場合、検出部１０６の各画素２０１は、コンパレータ３０３、カウンタ３０４および行選択回路３０５を３つずつ含むように構成されるとよい。

図４は、照射期間と読み出し期間とを示す図である。図４において、照射期間は、照射部１０１により被検体に放射線を照射して、検出部１０６に光の検出回数をカウントさせる期間であり、読み出し期間は、検出部１０６に検出回数のデータを出力させる期間である。図４に示すように、検出部１０６は、光の検出回数をカウントさせることと、検出回数のデータを出力させることとを交互に行う。

次に、図３に示すように構成された画素２０１における照射期間での動作について図５を参照しながら説明する。図５は、照射期間における各画素２０１の動作を示す図である。図５における波形は、横軸を時刻とした微分回路３０２の出力、コンパレータ３０３の出力、およびカウンタ３０４の出力をそれぞれ表している。微分回路３０２から出力されたパルス信号の電圧値が基準電圧３０６Ｒ以上である場合、コンパレータ３０３Ｒからデジタル値「１」が出力される。そして、カウンタ３０４Ｒは、コンパレータ３０３Ｒから出力されたデジタル値「１」をカウントし、カウント値を検出回数として出力する。一方で、微分回路３０２から出力されたパルス信号の電圧値が基準電圧３０６Ｂ以上である場合、コンパレータ３０３Ｂからデジタル値「１」が出力される。そして、カウンタ３０４Ｂは、コンパレータ３０３Ｂから出力されたデジタル値「１」をカウントし、カウント値を検出回数として出力する。このように、微分回路３０２から出力されたパルス信号の数を、複数の基準電圧３０６の各々についてカウントする。これにより、各画素２０１は、光の強度に関する複数のレベルの各々について、放射線の入射によりシンチレータ１０５で生じた光の検出回数をカウントすることができる。

次に、図３に示すように構成された画素２０１における読み出し期間での動作について図６を参照しながら説明する。図６は、読み出し期間における各画素２０１の動作を示す図である。図６における波形は、横軸を時刻とした垂直選択線２０５への信号の供給、水平選択線２０７への信号の供給、および水平選択回路２０８からの検出回数のデータの出力をそれぞれ表している。図６に示すように、複数の垂直選択線２０５および複数の水平選択線２０７には、順番に信号が供給される。例えば、垂直選択線２０５−０Ｒに信号の供給を開始すると、垂直選択線２０５−０Ｒに接続された画素２０１のカウンタ３０４Ｒから検出回数のデータが水平選択回路２０８に供給される。そして、垂直選択線２０５−０Ｒに信号を供給している期間において、複数の水平選択線２０７に順番に信号を供給し、複数の水平選択回路２０８から出力データ線２０６に検出回数のデータを順番に出力させる。

また、垂直選択線２０５−０Ｒへの信号の供給を終了し、垂直選択線２０５−０Ｂに信号の供給を開始すると、垂直選択線２０５−０Ｂに接続された画素２０１のカウンタ３０４Ｂから検出回数のデータが水平選択回路２０８に供給される。そして、垂直選択線２０５−０Ｂに信号を供給している期間において、複数の水平選択線２０７に順番に信号を供給し、複数の水平選択回路２０８から出力データ線２０６に検出回数のデータを順番に出力させる。これにより、１つの行における複数の画素２０１から、各レベルについての検出回数のデータを出力データ線２０６を介して処理部１０３に供給することができる。このように複数の垂直選択線２０５および複数の水平選択線２０７に順番に信号を供給することで、複数の画素２０１から、各レベルについての検出回数のデータを出力データ線２０６を介して処理部１０３に供給することができる。

このように構成された放射線撮像装置１００では、図７（ａ）に示すように、放射線量子１１０の入射によりシンチレータ１０５で生じた光１１５がシンチレータ内で放射して各画素２０１の光検出器３０１に入射する。このとき、放射線量子１１０の入射により生じた光１１５が隣り合う画素２０１に影響しないようにすることが好ましい。そのため、検出部１０６における各画素２０１は、シンチレータ１０５で生じた光１１５が拡散して検出部１０６に入射する範囲より大きい寸法で構成されるとよい。そして、各画素２０１における光検出器３０１は、隣り合う画素の光検出器３０１によって検出すべき光が入射しないように、画素２０１の寸法より小さい寸法で構成されるとよい。また、シンチレータ１０５は、その厚さが厚くなるにつれて、放射線量子１１０の入射により生じた光１１５が拡散して検出部１０６に入射する範囲を拡大させる。そのため、シンチレータ１０５の厚さは、画素２０１の寸法に応じて決定されるとよく、例えば、複数の画素２０１のピッチより小さいことが好ましい。

しかしながら、上述のように放射線撮像装置１００を構成した場合、各画素２０１では、シンチレータ１０５に入射した放射線のエネルギーに対応する強度とは異なる強度で光が光検出器３０１に入射することがある。例えば、各画素２０１では、放射線が入射したシンチレータ内の位置に応じて、発光した位置と光検出器３０１との間の距離が異なり、光検出器３０１で検出される光の強度が変わりうる。この場合、放射線のエネルギーを高精度に識別することが不十分になり、光の強度に関するレベルごとにカウントされる光の検出回数に誤差が生じうる。その結果、光の検出回数に基づいて生成される画像にも誤差が生じうる。

例えば、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、同じエネルギーの放射線量子１１０が、シンチレータ１０５の異なる位置に入射する場合を想定する。この場合、放射線量子１１０が入射したシンチレータ内の位置に応じて、放射線量子１１０の入射により発光する位置と光検出器３０１との間の距離が異なりうる。つまり、図７（ｂ）における発光位置と光検出器３０１との間の距離Ｌｂは、図７（ｃ）における発光位置と光検出器３０１との間の距離Ｌｃと異なる（長い）。その結果、図７（ｂ）および（ｃ）において光検出器３０１で検出される光の強度が互いに異なってしまい、同じエネルギーの放射線量子１１０であっても互いに異なるレベルで光の検出がカウントされることとなる。ここで、図７（ｂ）および（ｃ）におけるシンチレータ内の各領域に記載された数値は、その領域で生じた光が光検出器３０１に入射したしたときに光検出器３０１で検出される光の強度に関するレベルを示しており、破線はその境界を示している。

また、図８は、図７（ｂ）においてシンチレータに入射した放射線量子１１０のエネルギーより低いエネルギーを有する放射線量子１１０がシンチレータ１０５に入射した状態を示す図である。図８では、放射線量子１１０の入射により発光する位置が、図７（ｂ）に比べて光検出器３０１に近い。この場合、図８と図７（ｂ）とにおいて、シンチレータ１０５に入射した放射線量子１１０のエネルギーが異なっているにも関わらず、光の強度の検出がカウントされるレベルが同じになることがある。

このように放射線が入射するシンチレータ１０５の位置によって光検出器３０１で検出される光の強度が異なると、シンチレータ１０５に入射する放射線のエネルギーに応じてカウントされる光の検出回数に誤差が生じうる。その結果、光の検出回数に基づいて生成される画像においても誤差が生じうる。そこで、第１実施形態の放射線撮像装置１００は、放射線のエネルギーと検出部１０６において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報に基づいて、検出部１０６（複数の画素２０１）から得られた光の検出回数を画素ごとに補正する。以下に、検出部１０６から得られた光の検出回数を補正する方法について説明する。以下の説明では、検出部１０６の各画素２０１が３つのレベルで光の強度の検出をカウントする場合について説明する。この場合、検出部１０６の各画素２０１には、コンパレータ３０３、カウンタ３０４および行選択回路３０５が３つずつ設けられることとなる。

まず、放射線のエネルギーと検出部１０６において光が各レベルでカウントされる可能性（確率）との関係を示す情報について説明する。当該情報は、図９に示すように、例えば、シンチレータ１０５に入射する放射線のエネルギーと、当該放射線の入射によりシンチレータ１０５で生じた光が各レベルの強度としてカウントされる可能性との関係を示すテーブルを含みうる。図９に示す情報（テーブル）では、光の強度に関する複数のレベルが３つのレベル（レベル１〜３）を含み、光が各レベルでカウントされる可能性が、シンチレータ１０５に入射する放射線のエネルギーごとに示されている。また、図９では、光の強度がレベル３で検出されるべき放射線のエネルギーを「高」、光の強度がレベル２で検出されるべき放射線のエネルギーを「中」、および光の強度がレベル１で検出されるべき放射線のエネルギーを「低」と表している。

「高」エネルギーを有する放射線がシンチレータ１０５に入射した場合、光検出器３０１で検出された光の強度をカウントするレベルは、レベル３になるべきである。しかしながら、上述したように、放射線が入射するシンチレータ内の位置に応じて、光の強度をカウントするレベルが、レベル１または２になることがある。したがって、図９に示す情報では、「高」エネルギーを有する放射線のシンチレータ１０５への入射によって生じた光の強度をカウントする可能性（確率）がＡＨ_１〜ＡＨ_３で表されている。また、「中」エネルギーを有する放射線がシンチレータ１０５に入射した場合、光検出器３０１で検出された光の強度をカウントするレベルは、レベル２になるはずである。同様に、「低」エネルギーを有する放射線がシンチレータ１０５に入射した場合、光検出器３０１で検出された光の強度をカウントするレベルは、レベル１になるはずである。しかしながら、放射線が入射するシンチレータ内の位置に応じて、光の強度をカウントするレベルが他のレベルになることがある。図９に示す情報では、「中」エネルギーを有する放射線のシンチレータ１０５への入射によって生じた光の強度をカウントする可能性がＡＭ_１〜ＡＭ_３で表される。そして、「低」エネルギーを有する放射線のシンチレータ１０５への入射によって生じた光の強度をカウントする可能性がＡＬ_１〜ＡＬ_３で表される。

次に、画素ごとに得られた光の検出回数を補正する方法の一例について説明する。例えば、ある画素から得られた複数のレベル（レベル１〜３）の各々についての光の検出回数がＮ_１、Ｎ_２、Ｎ_３であるとする。この場合、処理部１０３の補正部１３０は、図９に示す情報に基づいて、検出回数Ｎ_１〜Ｎ_３を補正し、補正後の検出回数ＸＮ_１、ＸＮ_２、ＸＮ_３を得る。具体的には、図１０に示すように、検出回数Ｎ_１〜Ｎ_３に、図９に示すテーブルの各可能性の行列を掛け合わせることにより、補正後の検出回数ＸＮ_１〜ＸＮ_３を得ることができる。この処理は画素ごとに行われ、画素ごとに得られた補正後の検出回数ＸＮ_１〜ＸＮ_３に基づいて画像が処理部１０３によって生成される。このような処理により、各レベルでカウントされた光の検出回数を補正し、光の検出回数に基づいて生成される画像に生じる誤差を低減することができる。

ここで、放射線のエネルギーと検出部１０６において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報を取得する方法について説明する。例えば、処理部１０３は、一定のエネルギーで放射線を被検体を介さずにシンチレータ１０５に入射させ、検出部１０６に各レベルでの検出回数をカウントさせる。そして、各レベルにおける検出回数の総和に対する、各レベルについての検出回数の比率を求める。この比率が、検出部１０６において光が各レベルでカウントされる可能性として用いられうる。このような工程を、複数のレベルで検出されるべき複数の放射線のエネルギーの各々（「高」、「中」、「低」）について行うことにより、図９に示す情報を取得することができる。また、シンチレータ１０５に入射させる放射線のエネルギーの調整は、例えば、照射部１０１における管電圧、管電流、照射時間、付加フィルタの材質および厚さによって行われうる。さらに、光が各レベルでカウントされる可能性は、シンチレータ１０５の減弱係数や厚さ、シンチレータ１０５の光透過率などの条件によって変わりうる。そのため、処理部１０３は、当該情報を複数有しておき、シンチレータ１０５の構成に応じて最適な情報を選択してもよい。

上述したように、第１実施形態の放射線撮像装置１００は、検出部１０６によって得られた各レベルの検出回数を、放射線のエネルギーと検出部１０６において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報に基づいて画素ごとに補正する。これにより、光の検出回数に基づいて生成される画像に生じる誤差を低減することができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態の放射線撮像装置（放射線撮像システム）について説明する。第２実施形態の放射線撮像装置は、第１実施形態の放射線撮像装置１００と同様の構成を有する。但し、検出部１０６の各画素は、放射線を検出する回路のみで構成されている。以下に、第２実施形態の検出部１０６における画素の構成について説明する。

図１１は、第２実施形態の検出部１０６における画素の等価回路を示す図である。第２実施形態の検出部１０６における画素４０は、光電変換素子４０１と、出力回路部４０２とを含みうる。光電変換素子４０１は、典型的にはフォトダイオードでありうる。出力回路部４０２は、増幅回路部４０４、クランプ回路部４０５、サンプルホールド回路部４０７、および選択回路部４０８を含みうる。

光電変換素子４０１は、電荷蓄積部を含み、該電荷蓄積部は、増幅回路部４０４のＭＯＳトランジスタ４０４ａのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０４ａのソースは、ＭＯＳトランジスタ４０４ｂを介して電流源４０４ｃに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０４ａと電流源４０４ｃとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ４０４ｂは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮがアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。

図１１に示す例では、光電変換素子４０１の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ４０４ａのゲートが共通のノードを構成していて、このノードは、該電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、該電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ４０３を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになると、リセットスイッチ４０３がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。

クランプ回路部４０６は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部４０４によって出力されるノイズをクランプ容量４０６ａによってクランプする。つまり、クランプ回路部４０６は、光電変換素子４０１で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のｋＴＣノイズを含みうる。クランプは、クランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ４０６ｂをオン状態にした後に、クランプ信号ＰＣＬを非アクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ４０６ｂをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量４０６ａの出力側は、ＭＯＳトランジスタ４０６ｃのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０６ｃのソースは、ＭＯＳトランジスタ４０６ｄを介して電流源４０６ｅに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０６ｃと電流源４０６ｅとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ４０６ｄは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０がアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。

光電変換素子４０１で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部４０６から出力される信号は、光信号として、光信号サンプリング信号ＴＳがアクティブレベルになることによってスイッチ４０７Ｓａを介して容量４０７Ｓｂに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にＭＯＳトランジスタ４０６ｂをオン状態とした際にクランプ回路部４０６から出力される信号は、クランプ電圧である。このノイズ信号は、ノイズサンプリング信号ＴＮがアクティブレベルになることによってスイッチ４０７Ｎａを介して容量４０７Ｎｂに書き込まれる。このノイズ信号には、クランプ回路部４０６のオフセット成分が含まれる。スイッチ４０７Ｓａと容量４０７Ｓｂによって信号サンプルホールド回路４０７Ｓが構成され、スイッチ４０７Ｎａと容量４０７Ｎｂによってノイズサンプルホールド回路４０７Ｎが構成される。サンプルホールド回路部４０７は、信号サンプルホールド回路４０７Ｓとノイズサンプルホールド回路４０７Ｎとを含む。

駆動回路部４１が行選択信号ＶＳＴをアクティブレベルに駆動すると、容量４０７Ｓｂに保持された信号（光信号）がＭＯＳトランジスタ４０８Ｓａおよび行選択スイッチ４０８Ｓｂを介して信号線４５Ｓに出力される。また、同時に、容量４０７Ｎｂに保持された信号（ノイズ）がＭＯＳトランジスタ４０８Ｎａおよび行選択スイッチ４０８Ｎｂを介して信号線４５Ｎに出力される。ＭＯＳトランジスタ４０８Ｓａは、信号線４５Ｓに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。同様に、ＭＯＳトランジスタ４０８Ｎａは、信号線４５Ｎに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。ＭＯＳトランジスタ４０８Ｓａと行選択スイッチ４０８Ｓｂとによって信号用選択回路部４０８Ｓが構成され、ＭＯＳトランジスタ４０８Ｎａと行選択スイッチ４０８Ｎｂによってノイズ用選択回路部４０８Ｎが構成される。選択回路部４０８は、信号用選択回路部４０８Ｓとノイズ用選択回路部４０８Ｎとを含む。

画素４０は、隣接する複数の画素４０の光信号を加算する加算スイッチ４０９Ｓを有してもよい。加算モード時には、加算モード信号ＡＤＤがアクティブレベルになり、加算スイッチ４０９Ｓがオン状態になる。これにより、隣接する画素の容量４０７Ｓｂが加算スイッチ４０９Ｓによって相互に接続されて、光信号が平均化される。同様に、画素４０は、隣接する複数の画素４０のノイズを加算する加算スイッチ４０９Ｎを有していてもよい。加算スイッチ４０９Ｎがオン状態になると、隣接する画素の容量４０７Ｎｂが加算スイッチ４０９Ｎによって相互に接続されて、ノイズが平均化される。加算部４０９は、加算スイッチ４０９Ｓと加算スイッチ４０９Ｎとを含む。

画素４０は、感度を変更するための感度変更部４０５を有していてもよい。画素４０は、例えば、第１感度変換スイッチ４０５ａおよび第２感度変換スイッチ４０５ａ’、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになると、第１感度変更スイッチ４０５ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第１付加容量４０５ｂの容量値が追加される。これによって画素４０の感度が低下する。第２変更信号ＷＩＤＥ２がアクティブレベルになると、第２感度変更スイッチ４０５ａ’がオンして、電荷電圧変換部の容量値に第２付加容量４０５ｂ’の容量値が追加される。これによって画素４０の感度が更に低下する。このように画素４０の感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジを広げることができる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ＥＮｗをアクティブレベルにして、ＭＯＳトランジスタ４０４ａに代えてＭＯＳトランジスタ４０４ａ’をソースフォロア動作させてもよい。

以上のような画素回路の出力は、不図示のＡＤ変換器でデジタル値に変換された後、処理部１０３に供給される。そして、処理部１０３において、微分回路３０２、コンパレータ３０３およびカウンタ３０４に相当する処理が、処理部１０３においてソフトウェア上で行われる。また、処理部１０３には、第１実施形態で説明した補正部１３０が設けられる。

まず、処理部１０３は、微分回路３０２に相当する処理として、画素回路の出力の微分値を計算する。次に、処理部１０３は、コンパレータ３０３に相当する処理として、算出した微分値と基準電圧３０６に相当するデジタル値とを比較する。処理部１０３は、当該微分値が基準電圧３０６に相当するデジタル値以上である場合はデジタル値「１」とし、当該微分値が基準電圧３０６に相当するデジタル値より小さい場合はデジタル値「０」とする。そして、処理部１０３は、カウンタ３０４に相当する処理として、求めたデジタル値「１」をカウントする。これにより、処理部１０３は、各レベルについての光の検出回数を得ることができる。

次に、処理部１０３（補正部１３０）は、放射線のエネルギーと各レベルで光がカウントされる可能性との関係を示す情報（図９参照）に基づいて、各レベルについての光の検出回数を補正する。そして、処理部１０３は、補正後の検出回数に基づいて画像を生成する。これらの処理は、例えば、処理部１０３のＣＰＵにおいて実行されうる。また、検出回数を記憶する記憶領域は、処理部１０３のメモリに確保される。基準電圧３０６に相当するデジタル値や、コンパレータ３０３に相当する処理を行う機能は、光の強度に関するレベルに応じて複数あってもよい。

＜第３実施形態＞
本発明における微分回路３０２、コンパレータ３０３およびカウンタ３０４の機能は、第１実施形態のように検出部の各画素に配置する形態、もしくは第２実施形態のようにソフトウェア上で全てを行う形態に限定されるものではない。例えば、微分回路３０２およびコンパレータ３０３を検出部１０６の各画素に配置し、カウンタ３０４に相当する処理をソフトウェア上で行う形態にしてもよい。また、補正部１３０による処理も、ソフトウェアではなく、検出部１０６の外部に設けられた回路で行う形態にしてもよい。この場合、例えば、当該回路はＦＰＧＡで構成されるとよい。さらに、検出部１０６の中に記憶領域を設けて図９に示す情報を記憶させるとともに、検出回数を当該情報に基づいて補正するための回路を設けて、補正後の検出回数を当該回路から処理部１０３に供給する形態としてもよい。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００：放射線撮像装置、１０１：照射部、１０２：制御部、１０３：処理部、１０４：撮像部、１０５：シンチレータ、１０６：検出部

Claims (10)

1. 放射線を光に変換するシンチレータと、
   前記シンチレータで変換された光の強度をそれぞれ検出する複数の画素を有し、光の強度に関する複数のレベルの各々について光の検出回数を画素ごとにカウントする検出部と、
   前記検出部によって画素ごとに得られた各レベルの検出回数に基づいて、画像を生成する処理を行う処理部と、
   を含み、
   前記処理部は、放射線のエネルギーと前記検出部において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報を用いて、前記検出部によって得られた各レベルの検出回数を画素ごとに補正し、補正した検出回数に基づいて画像を生成する、ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記処理部は、一定のエネルギーで放射線を前記シンチレータに入射させ、前記検出部に各レベルの検出回数をカウントさせる工程を、前記複数のレベルで検出されるべき複数の放射線のエネルギーの各々について行うことにより前記情報を取得する、ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記検出部における１つの画素の寸法は、前記シンチレータで生じた光が拡散して前記検出部に入射する範囲より大きい、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記複数の画素の各々は、光検出器を含み、
   前記複数の画素の各々に含まれる光検出器は、隣り合う画素の光検出器によって検出すべき光が入射しないように、前記画素の寸法より小さい寸法で構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の画素の各々は、前記光検出器からの出力値を複数の基準値の各々と比較し、前記複数の基準値の各々について基準値以上の前記出力値が得られた回数を、前記複数のレベルの各々についての光の検出回数としてカウントする、ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記複数の画素の各々は、前記出力値を前記複数の基準値とそれぞれ比較する複数のコンパレータと、前記複数のコンパレータによる比較結果に基づいて基準値以上の前記出力値が得られた回数をそれぞれカウントする複数のカウンタとを含む、ことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記シンチレータの厚さは前記複数の画素のピッチより小さい、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 放射線を被検体に照射する照射部を更に含み、
   前記処理部は、前記被検体を透過した放射線の入射により前記シンチレータで生じた光の強度を前記検出部が検出することによって得られた各レベルの検出回数に基づいて、前記画像を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータで変換された光の強度をそれぞれ検出する複数の画素を有する検出部とを含む放射線撮像装置の制御方法であって、
   光の強度に関する複数のレベルの各々について、前記検出部で検出された光の検出回数を画素ごとにカウントする検出工程と、
   放射線のエネルギーと前記検出工程において光が各レベルでカウントされる可能性との関係を示す情報を用いて、前記検出工程において得られた各レベルの検出回数を画素ごとに補正し、補正した検出回数に基づいて画像を生成する生成工程と、
   を含むことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
10. 請求項９に記載の放射線撮像装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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