JP2018129766A - 放射線撮像装置および放射線撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像に寄与しない放射線の照射を減らしつつ、より短時間で放射線画像を得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、複数の画素を有する画素アレイを含む撮像部と、前記撮像部からの信号を処理する信号処理部とを備える。前記複数の画素の各々は、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子をリセットするリセット部と、を含み、前記信号処理部は、第１期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第１画像と、前記第１期間の開始後に開始し前記第１期間の終了前に終了する第２期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第２画像とに基づいて放射線画像を生成する。前記複数の画素の各々において、前記第１期間においては、前記変換素子が前記リセット部によってリセットされない。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像方法に関する。

放射線撮像装置を応用した撮影方法としてエネルギーサブトラクション法がある。エネルギーサブトラクション法は、被検体に照射する放射線のエネルギーを異ならせて複数回にわたって撮像して得た複数の画像を処理することによって新たな画像（例えば、骨画像および軟部組織画像）を得る方法である。複数の放射線画像を撮像する時間間隔は、例えば、静止画撮像用の放射線撮像装置では数秒以上、通常の動画用の放射線撮像装置では１００ミリ秒程度であり、高速の動画用の放射線撮像装置でも１０ミリ秒程度である。この時間間隔において被検体が動くと、その動きによるアーチファクトが生じてしまう。したがって、心臓などのように動きが速い被検体の放射線画像をエネルギーサブトラクション法によって得ることは困難であった。

特許文献１には、デュアルエネルギー撮影を行うシステムが記載されている。このシステムでは、撮影の際にＸ線源の管電圧が第１ｋＶ値にされた後に第２ｋＶ値に変更される。そして、管電圧が第１ｋＶ値であるときに第１副画像に対応する第１信号が積分され、積分された信号がサンプル・ホールドノードに転送された後に、積分がリセットされる。その後、管電圧が第２ｋＶ値であるときに第２副画像に対応する第２信号が積分される。これにより、積分された第１信号の読み出しと第２信号の積分が並行して行われる。

特表２００９−５０４２２１号公報

特許文献１に記載された方法では、積分された第１信号の読み出しと第２信号の積分とが並行して行われるので、エネルギーサブトラクション法のための２つの画像を撮像する時間間隔を短縮することができる。しかしながら、特許文献１に記載された方法では、２つの放射線画像（第１副画像、第２副画像）を得るために、第１副画像に対応する第１信号の積分および転送の後にリセット動作が存在する。被検体の動きの影響を抑えるために放射線の照射時間を１ミリ秒程度まで短くした場合、仮にリセット動作を０．１ミリ秒で完了することができるとしても、放射線の照射時間のうちの１割の時間において放射線が無駄に被検体に照射されることになる。

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、撮像に寄与しない放射線の照射を減らしつつ、より短時間で放射線画像を得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、複数の画素を有する画素アレイを含む撮像部と、前記撮像部からの信号を処理する信号処理部とを備える放射線撮像装置に係り、前記複数の画素の各々は、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子をリセットするリセット部と、を含み、前記信号処理部は、第１期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第１画像と、前記第１期間の開始後に開始し前記第１期間の終了前に終了する第２期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第２画像とに基づいて放射線画像を生成し、前記複数の画素の各々において、前記第１期間においては、前記変換素子が前記リセット部によってリセットされない。

本発明によれば、撮像に寄与しない放射線の照射を減らしつつ、より短時間で放射線画像を得るために有利な技術が提供される。

本発明の一実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 撮像部の構成例を示す図。 １つの画素の構成例を示す図。 拡張モード１における放射線撮像装置の動作例を示す図。 放射線画像のフレーム間のばらつきを説明する図。 放射線画像のフレーム間のばらつきの低減効果を説明する図。 拡張モード２における放射線撮像装置の動作例を示す図。 拡張モード３における放射線撮像装置の動作例を示す図。 放射線画像のフレーム間のばらつきの低減効果を説明する図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の一実施形態の放射線撮像装置１の構成が示されている。放射線撮像装置１は、複数の画素を有する画素アレイ１１０を含む撮像部１００と、撮像部１００からの信号を処理する信号処理部３５２とを備えうる。撮像部１００は、例えば、パネル形状を有しうる。信号処理部３５２は、図１に例示されるように、制御装置３５０の一部として構成されてもよいし、撮像部１００と同一筺体に収められてもよいし、撮像部１００および制御装置３５０とは異なる筺体に収められてもよい。放射線撮像装置１は、エネルギーサブトラクション法によって放射線画像を得るための装置である。エネルギーサブトラクション法は、被検体に照射する放射線のエネルギーを異ならせて複数回にわたって撮像して得た複数の画像を処理することによって新たな放射線画像（例えば、骨画像および軟部組織画像）を得る方法である。放射線という用語は、例えば、Ｘ線の他、α線、β線、γ線、粒子線、宇宙線を含みうる。

放射線撮像装置１は、放射線を発生する放射線源４００、放射線源４００を制御する曝射制御装置３００、および、曝射制御装置３００（放射線源４００）および撮像部１００を制御する制御装置３５０を備えうる。制御装置３５０は、前述のように、撮像部１００から供給される信号を処理する信号処理部３５２を含みうる。制御装置３５０の機能の全部または一部は、撮像部１００に組み込まれうる。あるいは、撮像部１００の機能の一部は、制御装置３５０に組み込まれうる。制御装置３５０は、コンピュータ（プロセッサ）と、該コンピュータに提供するプログラムを格納したメモリとによって構成されうる。信号処理部３５２は、該プログラムの一部によって構成されうる。あるいは、信号処理部３５２は、コンピュータ（プロセッサ）と、該コンピュータに提供するプログラムを格納したメモリとによって構成されうる。制御装置３５０の全部または一部は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）によって構成されてもよい。制御装置３５０および信号処理部３５２は、その動作を記述したファイルに基づいて論理合成ツールによって設計され製造されてもよい。

曝射制御装置３００は、例えば、曝射スイッチを有し、曝射スイッチがオンされることに応じて放射線源４００に放射線を放射させるとともに、放射線が放射されるタイミングを示す情報を制御装置３５０に通知しうる。あるいは、曝射制御装置３００は、制御装置３５０からの指令に応じて放射線源４００に放射線を放射させる。

放射線源４００からの放射線の連続的な放射期間においてエネルギー（波長）が変化する放射線を放射しうる。このような放射線を用いて、互いに異なる２つのエネルギーのそれぞれにおける放射線画像を得て、これらの放射線画像をエネルギーサブトラクション法によって処理することによって１つの新たな放射線画像を得ることができる。

あるいは、放射線源４００は、放射線のエネルギー（波長）を変更する機能を有してもよい。放射線源４００は、例えば、管電圧（放射線源４００の陰極と陽極との間に印加する電圧）を変更することによって放射線のエネルギーを変更する機能を有しうる。

撮像部１００の画素アレイ１１０を構成する複数の画素の各々は、放射線を電気信号（例えば、電荷）に変換する変換部と、該変換部をリセットするリセット部とを含む。各画素は、放射線を直接に電気信号に変換するように構成されてもよいし、放射線を可視光等の光に変換した後に該光を電気信号に変換するように構成されてもよい。後者においては、放射線を光に変換するためのシンチレータが利用されうる。シンチレータは、画素アレイ１１０を構成する複数の画素によって共有されうる。

図２には、撮像部１００の構成例が示されている。前述のように、撮像部１００は、複数の画素１１２を有する画素アレイ１１０および画素アレイ１１０の複数の画素１１２から信号を読み出すための読出回路ＲＣを含む。複数の画素１１２は、複数の行および複数の列を構成するように配列されうる。読出回路ＲＣは、行選択回路１２０、タイミングジェネレータ（制御部またはステートマシンとも呼ばれうる）１３０、バッファ回路１４０、列選択回路１５０、増幅部１６０およびＡＤ変換器１７０を含みうる。

行選択回路１２０は、画素アレイ１１０の行を選択する。行選択回路１２０は、行制御信号１２２を駆動することによって行を選択するように構成されうる。バッファ回路１４０は、画素アレイ１１０の複数の行のうち行選択回路１２０によって選択された行の画素１１２から信号をバッファリングする。バッファ回路１４０は、画素アレイ１１０の複数の列信号伝送路１１４に出力される複数列分の信号をバッファリングする。各列の列信号伝送路１１４は、列信号線対を構成する第１信号線および第２列信号線を含む。第１列信号線には、画素１１２のノイズレベル（後述の通常モード時）、または、画素１１２で検出された放射線に応じた放射線信号（後述の拡張モード時）が出力されうる。第２列信号線３２２には、画素１１２で検出された放射線に応じた放射線信号が出力されうる。バッファ回路１４０は、増幅回路を含みうる。

列選択回路１５０は、バッファ回路１４０によってバッファリングされた１行分の信号対を所定の順に選択する。増幅部１６０は、列選択回路１５０によって選択された信号対を増幅する増。ここで、増幅部１６０は、信号対（２つの信号）の差分を増幅する差動増幅器として構成されうる。ＡＤ変換器１７０は、増幅部１６０から出力される信号ＯＵＴをＡＤ変換してデジタル信号ＤＯＵＴ（放射線画像信号）を出力するＡＤ変換器１７０を備えうる。

図３には、１つの画素１１２の構成例が示されている。画素１１２は、例えば、変換素子２１０、リセットスイッチ２２０（リセット部）、増幅回路２３０、感度変更部２４０、クランプ回路２６０、サンプルホールド回路（保持部）２７０、２８０、出力回路３１０を含む。画素１１２は、撮像方式に関するモードとして、通常モードおよび拡張モードを有しうる。拡張モードは、エネルギーサブトラクション法によって放射線画像を得るためのモードである。

変換素子２１０は、放射線を電気信号に変換する。変換素子２１０は、例えば、複数の画素で共有されうるシンチレータと、光電変換素子とで構成されうる。変換素子２１０は、変換された電気信号（電荷）、即ち放射線に応じた電気信号を蓄積する電荷蓄積部を有し、電荷蓄積部は、増幅回路２３０の入力端子に接続されている。

増幅回路２３０は、ＭＯＳトランジスタ２３５、２３６、電流源２３７を含みうる。ＭＯＳトランジスタ２３５は、ＭＯＳトランジスタ２３６を介して電流源２３７に接続されている。ＭＯＳトランジスタ２３５および電流源２３７によってソースフォロア回路が構成される。ＭＯＳトランジスタ２３６は、イネーブル信号ＥＮが活性化されることによってオンして、ＭＯＳトランジスタ２３５および電流源２３７によって構成される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。

変換素子２１０の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ２３５のゲートは、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ＣＶＣとして機能する。即ち、電荷電圧変換部ＣＶＣには、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ＣＶＣは、リセットスイッチ２２０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が活性化されるとリセットスイッチ２０３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。リセットスイッチ２２０は、変換素子２１０の電荷蓄積部に接続された第１主電極（ドレイン）と、リセット電位Ｖｒｅｓが与えられる第２主電極（ソース）と、制御電極（ゲート）とを有するトランジスタを含みうる。該トランジスタは、該制御電極にオン電圧が与えられることによって該第１主電極と該第２主電極とを導通させて変換素子２１０の電荷蓄積部をリセットする。

クランプ回路２６０は、リセットされた電荷電圧変換部ＣＶＣの電位に応じて増幅回路２３０から出力されるリセットノイズレベルをクランプ容量２６１によってクランプする。クランプ回路２６０は、変換素子２１０で変換された電荷（電気信号）に応じて増幅回路２３０から出力される信号（放射線信号）からリセットノイズレベルをキャンセルするための回路である。リセットノイズベルは、電荷電圧変換部ＣＶＣのリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプ動作は、クランプ信号ＰＣＬを活性化することによってＭＯＳトランジスタ２６２をオンさせた後に、クランプ信号ＰＣＬを非活性化することによってＭＯＳトランジスタ２６２をオフさせることによってなされる。

クランプ容量２６１の出力側は、ＭＯＳトランジスタ２６３のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２６３のソースは、ＭＯＳトランジスタ２６４を介して電流源２６５に接続されている。ＭＯＳトランジスタ２６３と電流源２６５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２６４は、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０が活性化されることによってオンして、ＭＯＳトランジスタ２６３と電流源２６５とによって構成される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。

出力回路３１０は、ＭＯＳトランジスタ３１１、３１３、３１５、行選択スイッチ３１２、３１４を含む。ＭＯＳトランジスタ３１１、３１３、３１５は、それぞれ、列信号線３２１、３２２に接続された不図示の電流源とともにソースフォロア回路を構成する。

変換素子２１０で発生した電荷に応じてクランプ回路２６０から出力される信号である放射線信号は、サンプルホールド回路２８０によってサンプルホールド（保持）されうる。サンプルホールド回路２８０は、スイッチ２８１および容量２８２を有しうる。スイッチ２８１は、サンプルホールド信号ＴＳが活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力される放射線信号は、サンプルホールド信号ＴＳが活性化されることによって、スイッチ２８１を介して容量２８２に書き込まれる。

通常モードでは、リセットスイッチ２２０によって電荷電圧変換部ＣＶＣの電位がリセットされ、ＭＯＳトランジスタ２６２がオンした状態では、クランプ回路２６０からは、クランプ回路２６０のノイズレベル（オフセット成分）が出力される。クランプ回路２６０のノイズレベルは、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールド（保持）されうる。サンプルホールド回路２７０は、スイッチ２７１および容量２７２を有しうる。スイッチ２７１は、サンプルホールド信号ＴＮが活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力されるノイズレベルは、サンプルホールド信号ＴＮが活性化されることによって、スイッチ２７１を介して容量２７２に書き込まれる。また、拡張モードでは、サンプルホールド回路２７０は、変換素子２１０で発生した電荷に応じてクランプ回路２６０から出力される信号である放射線信号を保持するために使用されうる。

行選択信号ＶＳＴが活性化されると、サンプルホールド回路２７０、２８０に保持されている信号に応じた信号が列信号伝送路１１４を構成する第１列信号線３２１、第２列信号線３２２に出力される。具体的には、サンプルホールド回路２７０によって保持されている信号（ノイズレベルまたは放射線信号）に応じた信号ＮがＭＯＳトランジスタ３１１および行選択スイッチ３１２を介して列信号線３２１に出力される。また、サンプルホールド回路２８０によって保持されている信号に応じた信号ＳがＭＯＳトランジスタ３１３および行選択スイッチ３１４を介して列信号線３２２に出力される。

画素１１２は、複数の画素１１２の信号を加算するための加算スイッチ３０１、３０２を含んでもよい。加算モード時は、加算モード信号ＡＤＤＮ、ＡＤＤＳが活性化される。加算モード信号ＡＤＤＮの活性化により複数の画素１１２の容量２７２同士が接続され、信号（ノイズレベルまたは放射線信号）が平均化される。加算モード信号ＡＤＤＳの活性化により複数の画素１１２の容量２８２同士が接続され、放射線信号が平均化される。

画素１１２は、感度変更部２４０を含みうる。感度変更部２４０は、スイッチ２４１、２４２、容量２４３、２４４、ＭＯＳトランジスタ２４５、２４６を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥが活性化されると、スイッチ２４１がオンして、電荷電圧変換部ＣＶＣの容量値に第１付加容量２４３の容量値が付加される。これによって、画素１１２の感度が低下する。更に第２変更信号ＷＩＤＥ２も活性化されると、スイッチ２４２もオンして、電荷電圧変換部ＣＶＣの容量値に第２付加容量２４４の容量値が付加される。これによって画素１１２の感度が更に低下する。画素１１２の感度を低下させる機能を追加することによって、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が活性化される場合には、イネーブル信号ＥＮＷが活性化されてもよい。この場合、ＭＯＳトランジスタ２４６がソースフォロア動作をする。なお、感度変更部２４０のスイッチ２４１がオンしたとき、電荷再分配によって変換素子２１０の電荷蓄積部の電位が変化しうる。これにより、信号の一部が破壊されうる。

上記のリセット信号Ｐｒｅｓ、イネーブル信号ＥＮ、クランプ信号ＰＣＬ、イネーブル信号ＥＮ０、サンプルホールド信号ＴＮ、ＴＳ、行選択信号ＶＳＴは、行選択回路１２０によって制御される制御信号であり、図２の行制御信号１２２に対応する。

図３に示されたような構成の画素１１２では、サンプルホールドの際に変換素子２１０の電荷蓄積部等で信号の破壊が起こらない。即ち、図３に示されたような構成の画素１１２では、放射線信号を非破壊で読み出すことができる。このような構成は、以下で説明するエネルギーサブトラクション法を適用した放射線撮像に有利である。

以下、エネルギーサブトラクション法によって放射線画像を得る拡張モードについて説明する。拡張モードは、以下の３つのサブモード（拡張モード１、２、３）を含みうる。

図４には、拡張モード１における放射線撮像装置１の動作が示されている。図４において、横軸は時間である。「放射線エネルギー」は、放射線源４００から放射され撮像部１００に照射される放射線のエネルギーである。「ＰＲＥＳ」は、リセット信号ＲＰＥＳである。「ＴＳ」は、サンプルホールド信号ＴＳである。「ＤＯＵＴ」は、ＡＤ変換器１７０の出力である。放射線源４００からの放射線の放射および撮像部１００の動作の同期は、制御装置３５０によって制御されうる。撮像部１００における動作制御は、タイミングジェネレータ１３０によってなされる。リセット信号ＰＲＥＳが活性化される期間にクランプ信号ＰＣＬも所定期間にわたって活性化されて、クランプ回路２６０にノイズレベルがクランプされる。

図４に例示されるように、放射線源４００から放射される放射線８００のエネルギー（波長）は、放射線の放射期間において変化する。これは、放射線源４００の管電圧の立ち上がり、および、立ち下がりが鈍っていることに起因しうる。そこで、放射線８００が、立ち上がり期間における放射線８０１、安定期間における放射線８０２、および、立ち下がり期間における放射線８０３からなるものとして考える。放射線８０１のエネルギーＥ１、放射線８０２のエネルギーＥ２、放射線８０３のエネルギーＥ３は、互いに異なりうる。これを利用してエネルギーサブトラクションン法による放射線画像を得ることができる。

この実施形態では、放射線８００が照射される期間（第１期間ＴＴ）において、画素１１２の変換素子２１０がリセットされない（リセット信号Ｐｒｅｓが活性化されない）。よって、放射線８００が照射される期間（第１期間ＴＴ）では、入射した放射線に対する電気信号（電荷）が変換素子２１０に蓄積され続ける。放射線８００が照射される期間（第１期間ＴＴ）において、画素１１２の変換素子２１０がリセットされないことは、撮像に寄与しない放射線の照射を減らしつつ、より短時間でエネルギーサブトラクション法のための放射線画像を得るために有利である。

放射線８００の放射（撮像部１００への照射）前に、リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化され、これによって変換素子２１０がリセットされる。この際に、クランプ信号ＰＣＬも所定期間にわたって活性化されて、クランプ回路２６０にリセットレベル（ノイズレベル）がクランプされる。

リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化された後に、曝射制御装置３００から放射線源４００に対する曝射指令によって放射線源４００から放射線が放射される。この動作は、一例において、次のようになされうる。まず、曝射制御装置３００の曝射スイッチがオンされ、そのことが曝射制御装置３００から制御装置３５０に通知され、これに応答して制御装置３５０から撮像部１００に対して、撮像のための一連の動作（以下、撮像シーケンス）を開始するように指令が出される。撮像部１００は、この指令に応答して撮像シーケンスの先頭の動作としてリセット信号ＰＲＥＳを所定期間にわたって活性化させる。次いで、制御装置３５０は、撮像部１００が撮像シーケンスを開始したことを受けて、曝射制御装置３００を介して放射線源４００に対して、放射線の放射を開始するように指令を出す。これに応答して放射線源４００が放射線の放射を開始する。

リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化されてから所定期間が経過した後に、サンプルホールド信号ＴＮが所定期間にわたって活性化される。これによって、エネルギーＥ１の放射線８０１の照射を受けて画素アレイ１１０の画素１１２の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた信号（Ｅ１）がサンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされる。

サンプルホールド信号ＴＮが所定期間にわたって活性されてから所定期間が経過した後に、サンプルホールド信号ＴＳが所定期間にわたって活性される。これによって、エネルギーＥ１の放射線８０１およびエネルギーＥ２の放射線８０２の照射を受けて画素アレイ１１０の画素１１２の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた信号（Ｅ１＋Ｅ２）がサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされる。

次いで、サンプルホールド回路２７０でサンプルホールドされた信号（Ｅ１）とサンプルホールド回路２８０でサンプルホールドされた信号（Ｅ１＋Ｅ２）との差分に相当する信号が第１信号８０５として読出回路ＲＣから出力される。なお、図４において、”Ｎ”は、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされ、第１列信号線３２１に出力される信号を示し、”Ｓ”は、サンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされ、第２列信号線３２２に出力される信号を示す。

次いで、サンプルホールド信号ＴＳが所定期間にわたって活性されてから所定期間が経過した後（エネルギーＥ３の放射線８０３の照射（放射線８００の照射）が終了した後）に、サンプルホールド信号ＴＳが所定期間にわたって再び活性される。これによって、エネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３の放射線８０１、８０２、８０３の照射を受けて画素アレイ１１０の画素１１２の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた信号（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）がサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされる。

次いで、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされた信号（Ｅ１）とサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされた信号（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）との差分に相当する信号が第２信号８０６として読出回路ＲＣから出力される。

次いで、リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化され、更に、サンプルホールド信号ＴＮが所定期間にわたって活性される。これによって、サンプルホールド回路２７０によってリセットレベル（０）がサンプルホールドされる。次いで、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされた信号（０）とサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされた信号（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）との差分に相当する信号が第３信号８０７として読出回路ＲＣから出力される。

以上のような動作を複数回にわたって繰り返すことによって、複数フレームの放射線画像（即ち、動画）を得ることができる。

信号処理部３５２は、以上のようにして、第１信号８０５（Ｅ２）、第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）、第３信号８０７（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）を得ることができる。信号処理部３５２は、第１信号８０５、第２信号８０６、第３信号８０７に基づいて、エネルギーＥ１の放射線８０１の照射量ｅ１、エネルギーＥ２の放射線８０２の照射量ｅ２、エネルギーＥ３の放射線８０３の照射量ｅ３を得ることができる。具体的には、信号処理部３５２は、第１信号８０５（Ｅ２）と第２信号（Ｅ２＋Ｅ３）との差分（（Ｅ２＋Ｅ３）−Ｅ２）を演算することによって、エネルギーＥ３の放射線８０３の照射量ｅ３を得ることができる。また、信号処理部３５２は、第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）と第３信号（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）との差分（（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）−（Ｅ２＋Ｅ３））を演算することによって、エネルギーＥ１の放射線８０１の照射量ｅ１を得ることができる。また、第１信号８０５（Ｅ２）は、エネルギーＥ２の放射線８０２の照射量ｅ２を示している。

したがって、信号処理部３５２は、エネルギーＥ１の放射線８０１の照射量ｅ１、エネルギーＥ２の放射線８０２の照射量ｅ２、エネルギーＥ３の放射線８０３の照射量ｅ３に基づいて、エネルギーサブトラクション法によって放射線画像を得ることができる。

以下、信号処理部３５２で実行されうるエネルギーサブトラクション法による放射線画像の生成について説明する。図５（ａ）には、図４に示される動作を複数回（複数フレームにわたって実施した場合に放射線撮像装置１において得られたエネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３に基づいて推定された放射線源４００の管電圧の推定値（「推定管電圧」）の時間変化が示されている。エネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３に対応する推定値は、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３として示されている。図５（ｂ）には、図５（ａ）には、図４に示される動作を複数回（複数フレームにわたって実施した場合に放射線撮像装置１において得られたエネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３に基づいて推定された放射線の線量の推定値（「推定線量」）の時間変化が示されている。エネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３に対応する推定値は、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３として示されている。図５（ａ）、（ｂ）から、フレーム間において、管電圧および放射線の線量が大きく変化しうることが分かる。

この原因としては、曝射制御装置３００から放射線源４００に対する曝射指令の送信から放射線源４００による放射線の放射の開始までの時間がばらつくことが考えられる。このばらつきによって、放射線８００の照射が開始されてからサンプルホールド回路２７０がサンプルホールドを完了するまでの期間Ｔ１（図４参照）がばらつきうる。また、放射線８００の照射が開始されてからサンプルホールド回路２８０がサンプルホールドを完了するまでの期間（Ｔ１＋Ｔ２）（図４参照）もばらつきうる。結果として、第１信号８０５（Ｅ２）および第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）の値がフレーム間でばらつくことになる。

ここで、期間Ｔ１がばらついたとしても、それに応じて期間Ｔ２の開始時刻がずれるだけであって、期間Ｔ２の長さ自体はずれない。よって、期間Ｔ１がばらついたとしても、放射線撮像装置１によって検出されるエネルギーＥ２の放射線８０２の照射量ｅ２の誤差は小さい。また、期間Ｔ１が長くなった場合は期間Ｔ３が短くなり、期間Ｔ１が短くなった場合は期間Ｔ３が長くなる。よって、期間Ｔ１がばらついたとしても、放射線撮像装置１によって検出されるエネルギーＥ１、Ｅ３の放射線８０２の照射量ｅ１、ｅ３の和の誤差は小さい。

このことは、図６（ａ）、（ｂ）からも裏付けられる。図６（ａ）には、エネルギーＥ２、および、エネルギーＥ１＋Ｅ３に対応する管電圧の推定値が示されている。図６（ｂ）には、エネルギーＥ２、および、エネルギーＥ１＋Ｅ３に対応する放射線の線量の推定値が示されている。図６（ａ）、（ｂ）から、エネルギーＥ２、および、エネルギーＥ１＋Ｅ３については、放射線画像のフレーム間におけるばらつきが小さくなることが分かる。

以上より、照射量ｅ２の画像（第２画像）、および、照射量ｅ１＋ｅ３の画像（第３画像）は、それぞれ、ばらつきが小さい画像であると言える。そこで、照射量ｅ２の画像（第２画像）、および、照射量ｅ１＋ｅ３の画像（第３画像）に基づいてエネルギーサブトラクション法によって新たな放射線画像を生成することが好ましい。ここで、照射量ｅ１＋ｅ３の画像（第３画像）は、照射量ｅ１＋ｅ２＋ｅ３の画像（第１画像＝第３信号８０７）と照射量ｅ２の画像（第２画像＝第１信号８０５）との差分を演算することによって得ることができる。照射量ｅ１＋ｅ２＋ｅ３の画像（第１画像＝第３信号８０７）は、放射線８００が照射される期間である第１期間ＴＴ（の全体）において複数の画素１１２の各々の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた画像である。照射量ｅ２の画像（第２画像＝第１信号８０５）は、第１期間ＴＴの開始後に開始し第１期間ＴＴの終了前に終了する第２期間Ｔ２において複数の画素１１２の各々の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた画像である。

エネルギーサブトラクション法としては、種々の方法から選択される方法を採用することができる。例えば、第１エネルギーの放射線画像と第２エネルギーの放射線画像との差分を演算することによって骨画像と軟部組織画像とを得ることができる。また、第１エネルギーの放射線画像と第２エネルギーの放射線画像に基づいて非線形連立方程式を解くことによって骨画像と軟部組織画像とを生成してもよい。また、第１エネルギーの放射線画像と第２エネルギーの放射線画像とに基づいて造影剤画像と軟部組織画像とを得ることもできる。また、第１エネルギーの放射線画像と第２エネルギーの放射線画像とに基づいて電子密度画像と実効原子番号画像とを得ることもできる。

上記の例では、放射線源４００の管電圧の立ち上がり、立ち下がりが鈍っていることを利用して互いにエネルギーが異なる複数の画像を得て、該複数の画像に基づいて新たな放射線画像を形成する。互いにエネルギーが異なる複数の画像は、放射線源４００の管電圧の波形を意図的に調整することによってもなされうる。あるいは、エネルギー帯域（波長帯域）が広い放射線を放射線源４００から放射させ、複数のフィルタの切り替えによって放射線のエネルギーを変更してもよい。

図７には、拡張モード２における放射線撮像装置１の動作が示されている。拡張モード１では、第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）が読出回路ＲＣから出力される。しかし、信号処理部３５２が第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）を必要としない場合、第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）を読出回路ＲＣが出力しない方がフレームレートの向上等のために有利である。そこで、拡張モード２では、読出回路ＲＣは、第１信号８０５（Ｅ２）および８０７（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）を出力するが、第３信号第２信号８０６（Ｅ２＋Ｅ３）をしない。

以下、拡張モード２における放射線撮像装置１の動作を説明する。リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化されてから所定期間が経過した後に、サンプルホールド信号ＴＮが所定期間にわたって活性される。これによって、エネルギーＥ１の放射線８０１の照射を受けて画素アレイ１１０の画素１１２の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた信号（Ｅ１）がサンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされる。

サンプルホールド信号ＴＮが所定期間にわたって活性されてから所定期間が経過した後に、サンプルホールド信号ＴＳが所定期間にわたって活性される。これによって、エネルギーＥ１の放射線８０１およびエネルギーＥ２の放射線８０２の照射を受けて画素アレイ１１０の画素１１２の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた信号（Ｅ１＋Ｅ２）がサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされる。

次いで、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされた信号（Ｅ１）とサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされた信号（Ｅ１＋Ｅ２）との差分に相当する信号が第１信号８０５として読出回路ＲＣから出力される。

次いで、サンプルホールド信号ＴＳが所定期間にわたって活性されてから所定期間が経過した後（エネルギーＥ３の放射線８０３の照射（放射線８００の照射）が終了した後）に、サンプルホールド信号ＴＳが所定期間にわたって再び活性される。これによって、エネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３の放射線８０１、８０２、８０３の照射を受けて画素アレイ１１０の画素１１２の変換素子２１０が発生した電気信号に応じた信号（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）がサンプルホールド回路２８０によってサンプルホールドされる。

次いで、リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化され、更に、サンプルホールド信号ＴＮが所定期間にわたって活性される。これによって、サンプルホールド回路２７０によってリセットレベル（０）がサンプルホールドされる。次いで、サンプルホールド回路２７０でサンプルホールドされた信号（リセットレベル＝０）とサンプルホールド回路２８０でサンプルホールドされた信号（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３）との差分に相当する信号が第３信号８０７として読出回路ＲＣから出力される。

以上のような動作を複数回にわたって繰り返すことによって、複数フレームの放射線画像（即ち、動画）を得ることができる。

図８には、拡張モード３における放射線撮像装置１の動作が示されている。拡張モード３では、放射線撮像装置１に対する放射線の照射の開始を示す同期信号ＤＥＴに基づいて第２期間Ｔ２が決定される。より具体的には、拡張モード３では、タイミングジェネレータ１３０は、同期信号ＤＥＴに応答して、行選択回路１２０がサンプルホールド信号ＴＮ、ＴＳを活性化するタイミングを制御し、これによって第２期間Ｔ２が決定される。

図９（ａ）には、エネルギーＥ２、および、エネルギーＥ１＋Ｅ３に対応する管電圧の推定値が示されている。図９（ｂ）には、エネルギーＥ２、および、エネルギーＥ１＋Ｅ３に対応する放射線の線量の推定値が示されている。図９（ａ）、（ｂ）から、同期信号ＤＥＴに基づいてサンプルホールドを制御することによって、エネルギーＥ２、および、エネルギーＥ１＋Ｅ３について、放射線画像のフレーム間におけるばらつきが小さくなることが分かる。

同期信号ＤＥＴは、種々の方法によって生成されうる。例えば、放射線源４００に管電流を測定する測定器を設けて、管電流が閾値を上回った場合に放射線の照射の開始を示す同期信号ＤＥＴを活性化することができる。この場合、撮像部１００は、同期信号ＤＥＴを受信する。あるいは、撮像部１００は、１又は複数の変換素子２１０から読出回路ＲＣによって周期的に信号を読み出して、その信号に基づいて同期信号ＤＥＴを生成することができる。あるいは、撮像部１００に放射線の照射を検知するセンサを設けて、該センサの出力の出力に基づいて同期信号ＤＥＴが生成されてもよい。

拡張モード３では、曝射制御装置３００から放射線源４００に対する曝射指令の送信から放射線源４００による放射線の放射の開始までの時間のばらつきに対して鈍感になり、より正確に放射線画像を得ることができる。

１：放射線撮像装置、１００：撮像部、１１０：画素アレイ、３５０：制御装置、３５２：信号処理部、３００：曝射制御装置、４００：放射線源、ＲＣ：読出回路、１１２：画素

Claims (15)

1. 複数の画素を有する画素アレイを含む撮像部と、前記撮像部からの信号を処理する信号処理部とを備える放射線撮像装置であって、
   前記複数の画素の各々は、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子をリセットするリセット部と、を含み、
   前記信号処理部は、第１期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第１画像と、前記第１期間の開始後に開始し前記第１期間の終了前に終了する第２期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第２画像とに基づいて放射線画像を生成し、
   前記複数の画素の各々において、前記第１期間においては、前記変換素子が前記リセット部によってリセットされない、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記信号処理部は、前記第１画像と前記第２画像との差分を演算することによって第３画像を生成し、前記第２画像および前記第３画像に基づいて放射線画像を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記信号処理部は、前記第２画像と前記第３画像との差分に基づいて放射線画像を生成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記複数の画素の各々は、前記変換素子が変換した電気信号に応じて信号が非破壊で読み出されることを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の画素の各々は、前記変換素子が変換した電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含み、前記サンプルホールド回路がサンプルホールドした電気信号に応じて信号が非破壊で読み出され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. 前記撮像部は、前記第２期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記複数の画素から非破壊で読み出された第１信号と、前記第２期間の開始から前記第１期間の終了までの期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記複数の画素から非破壊で読み出された第２信号と、前記第１期間の全体において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記複数の画素から非破壊で読み出された第３信号とを出力し、
   前記信号処理部は、前記第１信号、前記第２信号および前記第３信号に基づいて前記第２画像および前記第３画像を得る、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記撮像部は、前記画素アレイから信号を読み出す読出回路を含み、
   前記読出回路は、
   前記第１期間の開始から前記第２期間の開始までの期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号と、前記第１期間の開始から前記第２期間の終了までの期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号とに基づいて前記第１信号を生成し、
   前記第１期間の開始から前記第２期間の開始までの期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号と、前記第１期間の全体において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号とに基づいて前記第２信号を生成し、
   前記第１期間の全体において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号に基づいて前記第３信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記撮像部は、前記第２期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記複数の画素から非破壊で読み出された第１信号と、前記第１期間の全体において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記複数の画素から非破壊で読み出された第３信号とを出力し、
   前記信号処理部は、前記第１信号および前記第３信号に基づいて前記第２画像および前記第３画像を得る、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
9. 前記撮像部は、前記画素アレイから信号を読み出す読出回路を含み、
   前記読出回路は、
   前記第１期間の開始から前記第２期間の開始までの期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号と、前記第１期間の開始から前記第２期間の終了までの期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号とに基づいて前記第１信号を生成し、
   前記第１期間の全体において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じて前記画素アレイから出力される信号に基づいて前記第３信号を生成し、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始を示す同期信号に基づいて前記第２期間が決定される、
    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. 前記サンプルホールド回路が前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始を示す同期信号に基づいて制御される、
    ことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
12. 前記撮像部は、放射線が照射されたことを検出して前記同期信号を生成する、
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の放射線撮像装置。
13. 前記撮像部は、前記同期信号を受信する、
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の放射線撮像装置。
14. 放射線源を更に備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
15. 複数の画素を有する放射線撮像装置を使って放射線画像を得る放射線撮像方法であって、
    前記複数の画素の各々は、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子をリセットするリセット部と、を含み、
    前記放射線撮像方法は、第１期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第１画像と、前記第１期間の開始後に開始し前記第１期間の終了前に終了する第２期間において前記複数の画素の各々の前記変換素子が変換した電気信号に応じた第２画像とに基づいて放射線画像を生成し、
    前記複数の画素の各々において、前記第１期間においては、前記変換素子が前記リセット部によってリセットされない、
    ことを特徴とする放射線撮像方法。