JP2019136403A - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線撮像装置において、意図しないタイミングでの放射線の照射によって、変換素子の特性が変化してしまうことを抑制する技術を提供する。【解決手段】放射線を電荷に変換する変換素子と変換素子で生成された電荷に応じた信号を転送するためのスイッチ素子とをそれぞれ含む複数の画素と、スイッチ素子を制御するための駆動制御部と、変換素子にバイアス電圧を供給するためのバイアス電源と、放射線の照射を検出するための検出部と、を含み、バイアス電圧の供給の開始から所定の期間が過ぎた後に、駆動制御部はスイッチ素子を導通させることによって複数の画素のそれぞれに含まれる変換素子を順次リセットさせるリセット駆動を行い、検出部はリセット駆動が開始される前から放射線の照射の検出を開始し、駆動制御部は検出部が放射線の照射を検出した場合、照射が終了するまで、所定の期間の後であっても、スイッチ素子を導通させない。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。

医療画像診断や非破壊検査において、半導体材料によって構成される平面検出器（フラットパネルディテクタ：ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。特許文献１には、放射線画像を撮像する際に、放射線撮像装置が放射線発生装置からの放射線の照射開始を検出し、照射開始の検出に応じて放射線画像の撮像を開始する放射線撮像装置が示されている。放射線撮像装置が、放射線の照射開始に応じて撮像を開始することで、放射線撮像装置と放射線発生装置とが同期していない非同期撮像の場合であっても、放射線画像の撮像が可能となる。また、特許文献１には、非同期撮像において、放射線を電荷に変換する変換素子の出力特性が不安定な放射線撮像装置の起動時など準備期間に、意図しないタイミングで放射線が照射された場合、変換素子をリセットするリセット動作を行うことが示されている。

特開２０１６−１１８５０４号公報

本発明者は、変換素子で生成された電荷に応じた信号を転送するためのスイッチ素子が導通状態のときに、放射線撮像装置に放射線が照射された場合、変換素子の特性が大きく変化してしまう場合があることを見出した。この変換素子の特性の変化は、リセット動作などによって回復せず、放射線画像にアーチファクトとして現れ続けてしまう場合がある。特許文献１に示される動作において、準備期間に放射線が照射され、放射線の照射中にリセット動作によってスイッチ素子が導通した場合、変換素子の特性が変化してしまう可能性がある。

本発明は、放射線撮像装置において、意図しないタイミングでの放射線の照射によって、変換素子の特性が変化してしまうことを抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線を電荷に変換する変換素子と、変換素子で生成された電荷に応じた信号を転送するためのスイッチ素子と、をそれぞれ含む複数の画素と、スイッチ素子を制御するための駆動制御部と、変換素子にバイアス電圧を供給するためのバイアス電源と、放射線の照射を検出するための検出部と、を含む放射線撮像装置であって、バイアス電圧の供給の開始から所定の期間が過ぎた後に、駆動制御部は、スイッチ素子を導通させることによって、複数の画素のそれぞれに含まれる変換素子を順次リセットさせるリセット駆動を行い、検出部は、リセット駆動が開始される前から放射線の照射の検出を開始し、駆動制御部は、検出部が放射線の照射を検出した場合、照射が終了するまで、所定の期間の後であっても、スイッチ素子を導通させないことを特徴とする。

上記手段によって、放射線撮像装置において、意図しないタイミングでの放射線の照射によって、変換素子の特性が変化してしまうことを抑制する技術を提供する。

本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の撮像部およびバイアス電源の構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の動作を示すフロー図。 図１の放射線撮像装置の動作を示すタイミング図。 図１の放射線撮像装置の動作を示すタイミング図。 図１の放射線撮像装置の動作を示すフロー図。 図１の放射線撮像装置の動作を示すタイミング図。

以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。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）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を有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

第１の実施形態
図１〜５を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置１０の構成および動作について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置１０を含む放射線撮像システムＳＹＳの構成例を示す概略図である。本実施形態において、放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１０、放射線発生装置２０、放射線制御装置３０および制御用コンピュータ４０を含む。

放射線発生装置２０は、放射線制御装置３０からの制御信号に従って、放射線撮像装置１０に放射線を照射する。制御用コンピュータ４０は、放射線画像を生成するための画像データを放射線撮像装置１０から取得し放射線画像を生成する。また、制御用コンピュータ４０は、放射線撮像装置１０の動作を制御しうる。さらに、制御用コンピュータ４０は、ユーザ（放射線技師など）からの撮影条件などの入力を受け付ける入力部としても機能しうる。

放射線撮像装置１０は、撮像部１１、バイアス電源１２、駆動制御部１３および検出部１４を含む。撮像部１１は、放射線を電荷に変換する変換素子と、変換素子で生成された電荷に応じた信号を転送するためのスイッチ素子と、をそれぞれ含む複数の画素が配される。複数の画素は、例えば、縦Ｘ列×横Ｙ行のアレイ状に配され、入射した放射線に応じた画像データを生成する。バイアス電源１２は、変換素子に、変換素子を動作させるためのバイアス電圧を供給する。また、バイアス電源１２は、本実施形態において、バイアス電源１２から複数の画素のそれぞれの変換素子にバイアス電圧を供給するための配線（バイアス配線）を流れる電流量に応じた電流情報を検出部１４に出力する。撮像部１１およびバイアス電源１２については、次の図２の説明において詳細に説明する。駆動制御部１３は、それぞれの画素に含まれるスイッチ素子の動作など、撮像部１１の動作を制御用コンピュータ４０からの要求に従って制御する。また、駆動制御部１３は、検出部１４によって放射線の照射が検出されたことに応じて、撮像部１１の動作を変更する。検出部１４は、バイアス電源１２から出力される電流情報に基づいて放射線発生装置２０から放射線撮像装置１０への放射線の照射を検出する。検出部１４は、例えば、サンプルホールド回路やオペアンプなどのアナログ回路を用いて構成されうる。

図１に示される構成において、放射線撮像装置１０と制御用コンピュータ４０とは、それぞれ別に配されているが、放射線撮像装置１０の一部の機能が制御用コンピュータ４０に組み込まれていてもよい。例えば、検出部１４が制御用コンピュータ４０に組み込まれていてもよい。また、例えば、制御用コンピュータ４０の一部またはすべての機能が、放射線撮像装置１０に組み込まれていてもよい。

図２は、放射線撮像装置１０の撮像部１１およびバイアス電源１２の構成例を示す等価回路図である。図２では説明の簡便化のために、画素部１１２に３行×３列の画素を備える撮像部１１を示す。しかしながら、実際の放射線撮像装置は、より多くの画素を備えており、１７インチの放射撮像装置は、例えば、約２８００行×約２８００列の画素を備えうる。

撮像部１１は、行列状に複数の画素が配された２次元検出器でありうる。それぞれの画素は、放射線を電荷に変換するための変換素子Ｓと、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子Ｔと、を含む。

本実施形態において、変換素子Ｓは、入射した放射線を光電変換素子が検出可能な波長の光に変換するシンチレータと、シンチレータによって放射線から変換された光を電荷に光電変換する光電変換素子と、を含む。シンチレータは、複数の光電変換素子（画素）で共有されうる。また、本実施形態において、光電変換素子として、ガラス基板などの絶縁性の基板の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を用いる。しかしながら、これに限られることはなく、光電変換素子は、ＰＩＮ型フォトダイオードであってもよい。また、変換素子として、シンチレータと光電変換素子とを用いる間接型の変換素子ではなく、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が用いられてもよい。直接型の変換素子には、アモルファスセレンなどが用いられうる。スイッチ素子Ｔには、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが用いられてもよく、本実施形態において、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。

変換素子Ｓの一方の電極は、スイッチ素子Ｔ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、それぞれの画素に共通の配線であるバイアス配線Ｂｓを介してバイアス電源１２と電気的に接続される。行方向に同じ行に配された複数のスイッチ素子Ｔ、例えば、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３は、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｖｇ１に電気的に接続されている。駆動制御部１３からスイッチ素子Ｔの導通状態を制御する駆動信号が、シフトレジスタ１１４および駆動配線Ｖｇを介して行単位で与えられる。列方向に同じ列に配された複数のスイッチ素子Ｔ、例えば、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３１は、他方の主端子が１列目の信号出力配線Ｓｉｇ１に電気的に接続される。スイッチ素子Ｔが導通状態である間に、変換素子Ｓで生じた電荷に応じた電気信号が、信号出力配線Ｓｉｇを介して読出回路１１３に出力さえる。列方向に配された複数の信号出力配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３は、複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路１１３に伝送する。

読出回路１１３は、画素部１１２から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路１０６を信号出力配線Ｓｉｇごとに備える。それぞれの増幅回路１０６は、出力された電気信号を増幅する積分増幅器１０５と、積分増幅器１０５からの電気信号を増幅する可変増幅器１０４と、増幅された電気信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路１０７と、バッファアンプ１０９とを含む。積分増幅器１０５は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器と、積分容量と、リセットスイッチと、を含む。積分増幅器１０５は、積分容量の値を変えることで増幅率を変更することが可能である。演算増幅器の反転入力端子には出力された電気信号が入力され、正転入力端子には電源部１１１から基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。また、積分容量が演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に配置される。サンプルホールド回路１０７は、それぞれの増幅回路１０６に対応して設けられ、サンプリングスイッチとサンプリング容量とを含む。また、読出回路１１３は、それぞれの増幅回路１０６から並列に読み出された電気信号を順次出力して直列信号の画像信号として出力するマルチプレクサ１０８と、画像信号をインピーダンス変換して出力するバッファ増幅器１１０と、を含む。バッファ増幅器１１０から出力されたアナログ電気信号である画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１１８によってデジタルの画像データに変換され、図１に示す制御用コンピュータ４０へ出力される。

電源部１１１、１１７は、バッテリや外部からの電力をそれぞれの電源に応じて変圧し、電力を供給する。電源部１１１は、それぞれの積分増幅器１０５の演算増幅器の正転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。電源部１１７は、バイアス電圧Ｖｓをバイアス電源１２に供給する。

バイアス電源１２は、電源部１１７から電圧Ｖｓの供給を受け、バイアス配線Ｂｓを介してそれぞれの変換素子の電極に共通のバイアス電圧Ｖｓを供給する。また、バイアス電源１２は、バイアス配線Ｂｓに供給した（バイアス配線Ｂｓを流れた）電流量に応じた電流情報を検出部１４に出力する。本実施形態において、電流情報を出力する回路として、オペアンプおよび抵抗を含む電流−電圧変換回路１１５と、電流−電圧変換回路１１５の出力電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換回路１１９とを用いる。しかしながら、電流情報を出力する回路は、この構成に限定されるものではない。例えば、シャント抵抗を用いた電流−電圧変換回路を用いてもよい。また、電流−電圧変換回路１１５の出力電圧を、ＡＤ変換せずに、そのまま検出部１４に出力してもよい。さらには、バイアス配線Ｂｓに流れた電流量に対応する他の物理量を出力してもよい。

本実施形態において、電流情報として、バイアス配線を流れる電流に応じた情報を用いたが、電流情報は、これに限られることはない。例えば、複数の画素からそれぞれ信号が出力される配線である信号出力配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３に流れる電流を読出回路１１３で読み出し、読出回路１１３で読み出された電流に応じた情報を電流情報として検出部１４が用いてもよい。

シフトレジスタ１１４は、図１に示す駆動制御部１３から入力する信号Ｄ−ＣＬＫ、ＯＥ、ＤＩＯなどに応じて、スイッチ素子Ｔを導通状態にする導通電圧または非道通状態にする非導通電圧を駆動信号として、それぞれの駆動配線Ｖｇに出力する。これによって、駆動制御部１３は、シフトレジスタ１１４および駆動配線Ｖｇを介してスイッチ素子Ｔの導通および非導通を制御し、画素部１１２を駆動する。

信号Ｄ−ＣＬＫは駆動回路として用いられるシフトレジスタ１１４のシフトクロックであり、信号ＤＩＯはシフトレジスタ１１４が転送するパルス、ＯＥはシフトレジスタ１１４の出力端を制御する信号であるうる。以上の構成によって、駆動の所要時間と走査方向を設定する。また、駆動制御部１３は、読出回路１１３に信号ＲＣ、ＳＨ、ＣＬＫを与えることによって、読出回路１１３のそれぞれの構成要素の動作を制御する。信号ＲＣは積分増幅器１０５のリセットスイッチの動作を、信号ＳＨはサンプルホールド回路１０７の動作を、信号ＣＬＫはマルチプレクサ１０８の動作をそれぞれ制御する。

次いで、図３〜５を用いて、本実施形態における放射線撮像装置１０の動作について説明する。図３は、放射線撮像装置１０において、放射線画像の撮像を行うために変換素子Ｓにバイアス電圧の供給を開始してから撮像を終了するまでの、放射線撮像装置１０の駆動制御部１３および検出部１４の動作を示すフロー図である。図４、５は、放射線撮像装置１０の動作を示すタイミング図である。

まず、図３と図４とを用いて、所望のタイミングで放射線が放射線発生装置２０から放射線撮像装置１０に照射された場合の、放射線撮像装置１０の動作について説明する。

まず、ステップＳ３０１において駆動制御部１３は、バイアス電源１２からバイアス電圧Ｖｓをそれぞれの変換素子Ｓに供給させ、変換素子ＳをＯＮ状態する。ステップＳ３０１は、例えば、ユーザが放射線撮像装置１０の電源スイッチをＯＮ状態にし、放射線撮像装置１０が起動を開始したときに相当する。バイアス電源１２からのバイアス電圧Ｖｓの供給が開始されたことに応じて、検出部１４は、バイアス配線Ｂｓを流れる電流量に応じた電流情報に応じて放射線を検出する検出動作を開始する（ステップＳ３０２）。このとき、検出部１４は、電流情報の値が予め定めたしきい値１を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定する。例えば、駆動制御部１３が、バイアス電源１２にバイアス電圧Ｖｓの供給を指示した後に、検出部１４に検出動作を開始するように制御信号を出力し、この制御信号に従って検出部１４が放射線の照射を検出する検出動作を開始してもよい。また、例えば、検出部１４が、バイアス電源１２が動作開始したことを検知することによって、検出部１４が検出動作を開始してもよい。また、例えば、ユーザが放射線撮像装置１０の電源スイッチをＯＮ状態にしたことに応じて、検出部１４が検出動作を開始してもよい。

まず、所定の期間が経過したかを判断するステップＳ３０４まで、放射線の誤曝射がなく、ステップＳ３０３で表されるしきい値１での放射線の照射を検出する検出動作によって放射線が検出されなかった場合について説明する。ステップＳ３０３において放射線の照射が検出された場合については後述する。ステップＳ３０３で放射線の照射が検出されない場合、ステップＳ３０４に遷移し、所定の期間が経過したか否かを判定する。ここで、所定の期間とは、放射線を電荷に変換する変換素子Ｓへのバイアス電圧Ｖｓの供給を開始してから、変換素子Ｓの出力特性が不安定な期間であり、バイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定するまでの準備期間である。

所定の期間の時間は、例えば、放射線撮像装置１０の工場出荷時やメンテナンス時などにおいて、適当な時間を設定してもよい。また、例えば、所定の期間は、検出部１４が電流情報の値の変化などバイアス配線Ｂｓを流れる電流をモニタし、電流が安定したことに応じて検出部１４が所定の期間が経過したと判定してもよい。この場合、検出部１４は、電流情報の値や電流情報の値の時間変化が予め定めたしきい値以下になったときに所定の期間が経過したと判定してもよい。電流情報の値を直接所定の期間が経過したことの判定に用いる場合、しきい値は、放射線の照射を検出するためのしきい値よりも小さい値でありうる。また、放射線撮像装置１０は、図１に示されるように、所定の期間である準備期間が経過したことをユーザに報知するための報知部１５を備えていてもよい。例えば、報知部１５は、検出部１４によって準備期間が経過したと判定されたことをユーザに音や表示を用いて報知する。これによって、所定の期間の間にユーザが誤って放射線発生装置２０に対して曝射の信号を送ることを抑制できる。

バイアス電圧Ｖｓの供給の開始から所定の期間が経過すると、ステップＳ３０５で、駆動制御部１３は、スイッチ素子Ｔを導通させることによって、複数の画素のそれぞれに含まれる変換素子Ｓを順次リセットさせるリセット駆動（空読み動作）を行う。このため、所定の期間とは、上述のように変換素子Ｓを安定動作させるための準備期間であるとともに、バイアス電圧Ｖｓの供給からリセット駆動を開始するまでの期間ともいえる。リセット駆動は、放射線画像を撮像する前に、暗電流などに起因して変換素子Ｓに蓄積した電荷を除去するための動作である。ステップＳ３０６で放射線の照射の開始が検出されるまで（ステップＳ３０６でＮＯ）の間、リセット駆動によってそれぞれの変換素子Ｓのリセット（空読み）が繰り返される。リセット駆動は、図４に示されるように、先頭行（０行目）から最終行（Ｙ−１行目）まで行ごとに順番に行われ、最終行に到達した場合、再び先頭行に戻って、それぞれの変換素子Ｓのリセットが行ごとに順番に行われる。

また、ステップＳ３０５において、検出部１４は、放射線の照射を検出するためのしきい値を変更し、電流情報が予め定めたしきい値２を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定する。つまり、検出部１４は、リセット駆動を開始するまでの所定の期間と所定の期間の後とで、互いに異なるしきい値を用いて放射線の照射を検出する。図４に示されるように、しきい値１がしきい値２よりも大きくなるように、しきい値１としきい値２とは、それぞれ設定される。これは、バイアス電源１２からバイアス電圧Ｖｓの供給を開始した後、バイアス電流が安定するまでの準備期間である所定の期間において、暗電流などの影響が大きく、バイアス電流が大きくなりうるためである。それぞれの期間において、適当なしきい値を選択することによって、放射線の照射を検出する精度を高めることが可能となる。

また、検出部１４は、リセット駆動を開始するまでの所定の期間と、所定の期間が経過した後とで、電流情報から放射線の照射を検出する際の演算の方法を変更してもよい。例えば、バイアス電圧Ｖｓの供給を開始してからリセット駆動を開始するまでの所定の期間の間は、バイアス電源１２から出力される電流情報の値を、そのまま用いて放射線の照射を判定する。次いで、所定の期間が経過し、リセット駆動が開始されると、リセット駆動に伴うスイッチング電流が、バイアス配線Ｂｓと変換素子Ｓとの容量結合によって、バイアス配線Ｂｓに流れる。このため、所定の期間を経過した後のしきい値２を用いた放射線の照射の検出において、検出部１４は、電流情報をリセット駆動によってスイッチ素子Ｔが導通することに応じた補正係数に従って補正した補正値を用いて放射線の照射を検出してもよい。補正値は、スイッチング電流による影響を抑制または除去するための演算を行った結果の値でありうる。また、所定の期間が経過するまでの間も、検出部１４は、電流情報に重畳してしまう種々のノイズなどの影響を抑制するために、電流情報に補正を加える演算を行った後、放射線の照射の検出の判定を行ってもよい。このように、所定の期間の経過前後で、検出部１４は、放射線の照射の検出するための演算の方法を変えてもよい。また、本実施形態では、バイアス配線Ｂｓを流れる電流から放射線の照射の検出を行っているが、信号出力配線Ｓｉｇを用いて放射線の照射開始を検出する場合においても同様に、検出部１４は、電流情報を補正して放射線の照射の検出に用いてもよい。この場合、検出部１４は、例えば、それぞれの画素から信号出力配線Ｓｉｇに出力される信号のうち暗電流に起因する成分による影響を抑制するための補正を行う。

ステップＳ３０６において、電流情報が予め定めたしきい値２を上回る場合、検出部１４は、放射線の照射を検出したと判定する。放射線の照射開始が判定された場合（ステップＳ３０６でＹＥＳ）、駆動制御部１３は、リセット駆動を終了し、スイッチ素子Ｔを非導通とし、変換素子に放射線から変換された電荷を蓄積させる蓄積動作を行う（ステップＳ３０７）。次いで、ステップＳ３０８において、検出部１４は、放射線の照射終了の判定を行う。放射線の照射終了を判定する方法としては、放射線の照射開始を検出してから、予め定めた時間が経過した場合、放射線の照射が終了したと判定してもよい。また、検出部１４が電流情報のモニタを行い、電流情報の値が予め定めたしきい値以下となった場合、放射線の照射が終了したと判定してもよい。例えば、放射線の照射を検出した後に電流情報の値がしきい値２以下になった場合、検出部１４は、放射線の照射が終了したと判定する。放射線の照射終了の判定がされない場合（ステップＳ３０８でＮＯ）は、引き続き蓄積動作が行われる。また、放射線の照射終了の判定がされた場合（ステップＳ３０８でＹＥＳ）は、放射線の照射によって変換素子Ｓで生じた電荷を読み出す読出駆動（本読み動作）を行う（ステップＳ３０９）。読出駆動は、先頭行から最終行まで順番に行われる。読出駆動が最終行に到達すると、一連の撮像動作が終了する。

次に、図３と図５を用いて、意図しないタイミングで放射線が放射線発生装置２０から放射線撮像装置１０に照射（誤曝射）された場合の、放射線撮像装置１０の動作について説明する。

駆動制御部１３は、撮像の開始とともにステップＳ３０１でバイアス電源１２からバイアス電圧Ｖｓをそれぞれの変換素子Ｓに供給させ、変換素子ＳをＯＮ状態する。これに応じて、ステップＳ３０２で、検出部１４は、バイアス配線Ｂｓを流れる電流量に応じた電流情報に応じて放射線を検出する検出動作を開始する。このとき、検出部１４は、電流情報が予め定めたしきい値１を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定する。ステップＳ３０３において、電流情報が予め定めたしきい値１を上回り、検出部１４が放射線の照射を検出したと判定すると、放射線撮像装置１０は、放射線の照射終了まで待機動作に移行する（ステップＳ３１１）。待機動作とは、検出部１４による放射線の照射の検出を受け、駆動制御部１３が、それぞれの画素のスイッチ素子Ｓを導通にさせずに非導通の状態を保つ動作である。この待機動作は、放射線の照射が終了するまで、所定の期間の時間が経過した後であっても継続する。

ステップＳ３０３で放射線の照射が検出されると、駆動制御部１３は、ステップＳ３１１で待機動作を行い、同時に検出部１４は、放射線の照射終了の判定を行う。放射線の照射終了を判定する方法としては、放射線の照射開始を検出してから、予め定めた時間が経過した場合、放射線の照射が終了したと判定してもよい。また、検出部１４が電流情報のモニタを行い、電流情報の値が予め定めたしきい値以下となった場合、放射線の照射が終了したと判定してもよい。この場合、所定の期間の間に電流情報の値がしきい値１以下になると検出部１４は、放射線の照射が終了したと判定しうる。また、所定の期間に放射線の照射を検出し、所定の期間の後の期間まで放射線の照射がされていた場合、検出部１４は、電流情報の値がしきい値２以下になると放射線の照射が終了したと判定しうる。このように、ステップＳ３０３で放射線の照射が検出された場合、上述の通常の撮像における蓄積動作と実質的に同等の動作を行うことなる。

次に、駆動制御部１３は、ステップＳ３１１での放射線の照射が終了してから所定の期間が経過するまで、さらなる誤曝射の判定を行う。その後、ステップＳ３０４で所定の期間が経過した後の動作は、上述の所望のタイミングで放射線が照射された場合と同様である。このため、ここでは説明を省略する。

また、誤曝射があった場合、ステップＳ３１１の放射線の照射が終了した後、かつ、所定の期間が経過した後に、駆動制御部１３は、リセット駆動ではなく、読出駆動（本読み動作）を行い、画像データの取得を行ってもよい。ただし、取得した画像データから得られる放射線画像が診断に使える画質を有する可能性は低いため、その旨をユーザに報知部１５を用いて報知してもよい。

また、検出部１４は、図４、５に示されるように、読出駆動を行っている間においても放射線の照射の検出動作を行っていてもよい。読出駆動中に放射線の照射を検出した場合、ステップＳ３１１と同様に、駆動制御部１３は待機動作を行い、検出部１４は放射線の照射終了の判定を、それぞれ行いうる。

このように、本実施形態において、放射線発生装置２０との同期信号を受けることなく、誤曝射された場合であっても、検出部１４は放射線の照射を検出し、駆動制御部１３はスイッチ素子Ｔが導通しないように制御する。これによって、スイッチ素子Ｔが導通状態のときに、放射線撮像装置１０に放射線が照射され、変換素子Ｓの特性が大きく変化してしまうことを抑制できる。この変換素子Ｓの特性の変化は、リセット動作などで回復しない変化の場合があり、得られる放射線画像には所謂、焼き付きとして現れてしまう。しかしながら、放射線撮像装置１０が、上述の動作を行うことによって、アーチファクトの発生が抑制された信頼性の高い放射線撮像装置１０および放射線撮像システムＳＹＳを提供することができる。

また、放射線発生装置と接続され、同期信号を受けて撮像を行う放射線撮像装置においても、上述の放射線撮像装置１０と同様の動作が行われてもよい。例えば、放射線撮像装置と放射線発生装置との間の接続のミスや、ユーザの勘違いなどによって、本来の放射線発生装置とは別の放射線発生装置から放射線撮像装置に放射線の曝射がある可能性がある。この場合であっても、アーチファクトの発生が抑制された信頼性の高い放射線撮像装置および放射線撮像システムを提供することができる。

第２の実施形態
図６、７を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置１０の動作について説明する。図６、７は、それぞれ、本発明の第２の実施形態における放射線撮像装置１０の駆動制御部１３および検出部１４の動作を示すフロー図、および、放射線撮像装置１０の動作を示すタイミング図である。バイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定した後にリセット駆動を開始する第１の実施形態と比較して、本実施形態ではバイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定する前にリセット駆動を開始することが異なっている。これ以外は、上述の第１の実施形態と同様であってもよい。例えば、放射線撮像装置１０の構成は、上述の第１の実施形態と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。

まず、バイアス電源１２が変換素子Ｓにバイアス電圧Ｖｓを供給してから、リセット駆動が開始され、検出部１４が放射線を検出するためのしきい値をしきい値２にするステップＳ６０１〜Ｓ６０５動作は、上述のステップＳ３０１〜Ｓ３０５と同様である。また、ステップＳ６０３で誤曝射があった場合に遷移するステップＳ６２１は、上述のステップＳ３１１と同様の動作である。このため、ここでは、ステップＳ６０１〜Ｓ６０５、Ｓ６２１のそれぞれ動作の説明は省略する。

本実施形態において、図７に示されるように、変換素子Ｓへのバイアス電圧Ｖｓの供給が開始され、変換素子Ｓの暗電流などの特性が安定し、バイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定する前に、リセット駆動（空読み動作）が開始される。ここで、リセット駆動が開始されるまでの所定の期間と、バイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定し電流情報の値が安定している期間との間の期間のことを安定前の期間と呼ぶ。この安定前の期間のステップＳ６０６において、電流情報が予め定めたしきい値２を上回り、検出部１４が放射線の照射を検出したと判定する（ステップＳ３０６でＹＥＳ）と、放射線撮像装置１０は、放射線の照射終了までステップＳ６２２に移行する。ステップＳ６２２では、上述のステップＳ３１１と同様に、駆動制御部１３は、リセット駆動を終了停止し、それぞれの画素のスイッチ素子Ｓを導通にさせずに非導通の状態を保つ。同時に、検出部１４は、放射線の照射終了の判定を行う。放射線の照射終了を判定する方法としては、放射線の照射開始を検出してから、予め定めた時間が経過した場合、放射線の照射が終了したと判定してもよい。また、上述と同様に、検出部１４が電流情報のモニタを行い、電流情報の値が予め定めたしきい値（例えば、しきい値２）以下となった場合、放射線の照射が終了したと判定してもよい。

ステップＳ６２２で検出部１４が、放射線の照射終了を判定した場合、ステップＳ６０６に遷移し、駆動制御部１３はリセット駆動を継続し、検出部１４はしきい値２を用いて誤曝射の検出を行う。誤曝射があった場合、ステップＳ６２２の放射線の照射が終了した後、駆動制御部１３は、リセット駆動ではなく、読出駆動（本読み動作）を行い、画像データの取得を行ってもよい。ただし、取得した画像データから得られる放射線画像が診断に使える画質を有する可能性は低いため、報知部１５が、その旨をユーザに報知してもよい。

ステップＳ６０６で放射線が検出されない場合、ステップＳ６０７に遷移する。ステップＳ６０７において、検出部１４は、電流情報をモニタし、電流情報の値が安定した場合、ステップＳ６０８に遷移し、電流情報の値が安定していない場合、再度、ステップＳ６０６に遷移する。

ステップＳ６０８において、駆動制御部１３はリセット駆動を継続し、検出部１４は放射線の検出に用いるしきい値をしきい値３に切り替え、電流情報が予め定めたしきい値３を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定する。次いで、ステップＳ６０９において、検出部１４は、放射線の照射の検出を行う。ステップＳ６０９〜ＳＳ６１２の動作は、上述のステップＳ３０６〜Ｓ３０９と同様であるため、ここでは説明を省略する。

次に、しきい値１〜３のそれぞれの値と期間を決定する方法について説明する。図７に示されるように、バイアス電源１２からバイアス電圧Ｖｓの供給を開始した後、バイアス電流に応じた電流情報の値は徐々に低下していく。そこで、しきい値１がしきい値２よりも大きくなるように、しきい値１としきい値２とはそれぞれ設定される。また、しきい値２がしきい値３よりも大きくなるように、しきい値２としきい値３とはそれぞれ設定される。つまり、しきい値２は、しきい値１としきい値３との間の値である。

図７に示されるように、本実施形態において、リセット駆動を開始するまでの所定の期間および安定前の期間が、バイアス電圧Ｖｓの供給の開始からバイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定するまでの準備期間に対応する。このバイアス配線Ｂｓを流れる電流が安定するまでの準備期間に放射線の照射の検出に用いられるしきい値１、２は、変換素子Ｓが飽和状態のときに流れる電流量に応じた電流情報の値よりも小さく設定されてもよい。また、バイアス配線Ｂｓを流れる電流量が安定した期間に用いられるしきい値３は、しきい値１、２よりもさらに小さく設定されうる。

また、所定の期間が経過し、リセット駆動が開始されると、リセット駆動に伴うスイッチング電流が、バイアス配線Ｂｓと変換素子Ｓとの容量結合によって、バイアス配線Ｂｓに流れる。このため、第１の実施形態と同様に、所定の期間を経過した後のしきい値２、３を用いた放射線の照射の検出は、電流情報を、リセット駆動によってスイッチ素子Ｔが導通することに応じた補正係数に従って補正した補正値を用いて放射線の照射を検出してもよい。補正係数は、スイッチング電流による影響を抑制または除去するための演算を行うための係数でありうる。さらに、しきい値２を用いた放射線の検出としきい値３を用いた放射線の検出とで、用いる補正係数が異なっていてもよい。例えば、図７に示されるように、しきい値２を用いる安定前の期間は、しきい値３を用いる電流情報の値が安定した期間よりも暗電流の量が多い。このため、しきい値２を用いる安定前の期間の補正係数は、しきい値３を用いる電流情報の値が安定した期間の補正係数よりも補正量が大きくてもよい。

本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様に、放射線発生装置２０との同期信号を受けることなく、誤曝射された場合であっても、検出部１４は放射線の照射を検出し、駆動制御部１３はスイッチ素子Ｔが導通しないように制御する。これによって、スイッチ素子Ｔが導通状態のときに、放射線撮像装置に放射線が照射され、変換素子の特性が大きく変化してしまうことを抑制できる。結果として、アーチファクトの発生が抑制された信頼性の高い放射線撮像装置１０および放射線撮像システムＳＹＳが提供できる。

また、上述の第１実施形態では、準備期間が経過し電流情報の値が安定してからリセット駆動を開始したが、本実施形態において、電流情報の値が安定する準備期間中にリセット駆動を開始する。つまり、第１の実施形態と比較して、リセット駆動を開始するタイミングが早くなり、暗電流が安定するまでの時間を短縮できる。このため、第１の実施形態と比較して放射線撮像装置１０が放射線画像の撮像を行える状態になる準備期間を短縮することができる。

また、上述の第１の実施形態と同様に、検出部１４が電流情報をモニタすることによって電流情報の値が安定したか否かを判定し、報知部１５がユーザに対して準備期間が経過したことを報知してもよい。ユーザに対する報知は、音による報知や画面やランプの表示による報知であってもよい。放射線撮像装置１０の報知部１５が、準備期間が経過したことを報知することによって、ユーザが、放射線撮像装置１０の状態が準備状態であるのか、撮像が行える状態であるのかを知ることができ、誤曝射の発生の頻度を抑制することができる。さらに、放射線発生装置２０と同期して放射線撮像装置１０が動作している場合、放射線撮像装置１０が、報知部１５を介して放射線発生装置２０に対しても撮像可能であることを報知してもよい。放射線発生装置２０が、ユーザからの曝射の指令と放射線撮像装置１０からの報知とに応じて、放射線撮像装置１０への放射線の照射を開始する。これによって、さらに誤曝射が抑制されうる。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、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、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

１０：放射線撮像装置、１２：バイアス電源、１３：駆動制御部、１４：検出部、Ｓ：変換素子、Ｔ：スイッチ素子

Claims (16)

1. 放射線を電荷に変換する変換素子と、前記変換素子で生成された電荷に応じた信号を転送するためのスイッチ素子と、をそれぞれ含む複数の画素と、前記スイッチ素子を制御するための駆動制御部と、前記変換素子にバイアス電圧を供給するためのバイアス電源と、放射線の照射を検出するための検出部と、を含む放射線撮像装置であって、
   前記バイアス電圧の供給の開始から所定の期間が過ぎた後に、前記駆動制御部は、前記スイッチ素子を導通させることによって、前記複数の画素のそれぞれに含まれる前記変換素子を順次リセットさせるリセット駆動を行い、
   前記検出部は、前記リセット駆動が開始される前から放射線の照射の検出を開始し、
   前記駆動制御部は、前記検出部が放射線の照射を検出した場合、前記照射が終了するまで、前記所定の期間の後であっても、前記スイッチ素子を導通させないことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記検出部は、前記所定の期間と前記所定の期間の後とで、互いに異なるしきい値を用いて放射線の照射を検出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. 前記検出部は、前記バイアス電源から前記複数の画素のそれぞれの前記変換素子に前記バイアス電圧を供給するための配線を流れる電流量に応じた電流情報に基づいて、放射線の照射を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記検出部は、前記複数の画素からそれぞれ信号が出力される配線を流れる電流量に応じた電流情報に基づいて、放射線の照射を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
5. 前記検出部は、
   前記所定の期間において、前記電流情報の値が第１のしきい値を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定し、
   前記所定の期間の後の期間において、前記電流情報の値が第２のしきい値を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定し、
   前記第１のしきい値が、前記第２のしきい値よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記第１のしきい値が、前記変換素子が飽和状態のときに流れる電流量に応じた電流情報の値よりも小さい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、放射線の照射を検出した場合、
   前記所定の期間において、前記電流情報の値が前記第１のしきい値以下になった場合、放射線の照射が終了したと判定し、
   前記所定の期間の後の期間において、前記電流情報の値が前記第２のしきい値以下になった場合、放射線の照射が終了したと判定することを特徴とする請求項５または６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記所定の期間の後の期間は、第１の期間と前記第１の期間の後の第２の期間とを含み、
   前記検出部は、
   前記第１の期間において、前記電流情報の値が第３のしきい値を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定し、
   前記第２の期間において、前記電流情報の値が前記第２のしきい値を越えた場合、放射線の照射を検出したと判定し、
   前記第３のしきい値が、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間の値であることを特徴とする請求項５または６に記載の放射線撮像装置。
9. 前記検出部は、放射線の照射を検出した場合、
   前記所定の期間において、前記電流情報の値が前記第１のしきい値以下になった場合、放射線の照射が終了したと判定し、
   前記第１の期間において、前記電流情報の値が前記第３のしきい値以下になった場合、放射線の照射が終了したと判定し、
   前記第２の期間において、前記電流情報の値が前記第２のしきい値以下になった場合、放射線の照射が終了したと判定することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記検出部は、
    前記所定の期間の後において、前記電流情報を、前記スイッチ素子が導通することに応じた補正係数に従って補正した補正値を用いて放射線の照射を検出することを特徴とする請求項３乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記検出部は、
    前記第１の期間において、前記電流情報を、前記スイッチ素子が導通することに応じた第１の補正係数に従って補正した第１の補正値を用いて放射線の照射を検出し、
    前記第２の期間において、前記電流情報を、前記スイッチ素子が導通することに応じた第２の補正係数に従って補正した第２の補正値を用いて放射線の照射を検出し、
    前記第１の補正係数は、前記第２の補正係数よりも補正量が大きいことを特徴とする請求項８または９に記載の放射線撮像装置。
12. 前記所定の期間が、前記バイアス電圧の供給の開始から前記配線を流れる電流が安定するまでの準備期間であることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記所定の期間および前記第１の期間が、前記バイアス電圧の供給の開始から前記配線を流れる電流が安定するまでの準備期間であることを特徴とする請求項８、９および１１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 前記検出部は、前記電流情報の値または前記電流情報の値の時間変化が予め定めたしきい値以下になった場合、前記準備期間が経過したと判定することを特徴とする請求項１２または１３に記載の放射線撮像装置。
15. 前記放射線撮像装置は、報知部をさらに含み、
    前記報知部は、前記準備期間が経過したことをユーザおよび放射線発生装置の少なくとも一方に報知することを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
16. 請求項１乃至１５の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置に放射線を照射するための放射線発生装置と、を含むことを特徴とする放射線撮像システム。

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