JP2020081664A - Radiation imaging device and method for controlling radiation imaging - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a radiation imaging apparatus and a method for controlling the radiation imaging apparatus.
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。 An energy subtraction method is an imaging method using a radiation imaging apparatus. The energy subtraction method is a method of obtaining a new image (for example, a bone image and a soft tissue image) by processing a plurality of images obtained by imaging a plurality of times by changing the energy of radiation applied to a subject. is there. The time interval for capturing a plurality of radiation images is, for example, several seconds or more in a radiation imaging apparatus for still image capturing, about 100 milliseconds in a normal radiation imaging apparatus for moving images, and even in a radiation imaging apparatus for high-speed moving images. It is about 10 milliseconds. When the subject moves during this time interval, artifacts due to the movement occur. Therefore, it has been difficult to obtain a radiation image of a subject such as a heart whose movement is fast by the energy subtraction method.
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。
特許文献1の方法で複数回にわたってX線を曝射して複数フレームの動画撮像を行う場合、X線を曝射してからサンプル・ホールドノードへの信号の転送を行うまでの時間がフレームごとに異なる可能性がある。これによって、フレーム間で第1副画像のエネルギーおよび線量が互いに異なり、またフレーム間で第2副画像のエネルギーおよび線量が互いにことなることになり、エネルギーサブトラクションの精度が低下しうる。
When X-rays are radiated a plurality of times according to the method of
本発明は、放射線の照射開始から信号のサンプルホールドまでの時間の変動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。 It is an object of the present invention to provide an advantageous technique for reducing the fluctuation in the time from the start of radiation irradiation to the sample and hold of signals.
本発明の1つの側面は、複数の画素を有する画素アレイと、前記画素アレイから信号を読み出す読出回路とを備える放射線撮像装置であって、放射線源から放射された放射線または前記放射線源から提供される情報に基づいて前記放射線源による放射線の照射の開始を検出する検出部と、前記変換素子をリセットするリセット部と、前記検出部によって放射線の照射の開始が検出される度に、前記複数の画素の各々における複数回のサンプルホールドのタイミングを決定する制御部と、を備え、前記複数回のサンプルホールドのうち少なくとも1回のサンプルホールドのタイミングは、放射線の照射期間におけるタイミングであり、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、前記制御部によって決定された前記複数回のサンプルホールドのタイミングに従って前記変換素子からの信号を複数回にわたってサンプルホールドするサンプルホールド回路と、を含み、放射線の照射の開始を検出する前に前記リセット部による前記変換素子のリセットが行われる期間にサンプルホールド回路がリセットされることを特徴とする。 One aspect of the present invention is a radiation imaging apparatus including a pixel array having a plurality of pixels and a readout circuit that reads out a signal from the pixel array, the radiation being emitted from a radiation source or provided from the radiation source. A detection unit that detects the start of radiation irradiation by the radiation source based on the information, a reset unit that resets the conversion element, and a plurality of times each time the detection unit detects the start of radiation irradiation. A control unit that determines the timing of a plurality of sample-and-holds in each pixel, and the timing of at least one sample-and-hold among the plurality of sample-and-holds is a timing in a radiation irradiation period. Each of the pixels includes a conversion element that converts radiation into an electric signal, and a sample hold circuit that samples and holds the signal from the conversion element a plurality of times in accordance with the plurality of sample and hold timings determined by the control unit. And the sample hold circuit is reset during a period in which the conversion unit is reset by the reset unit before detecting the start of irradiation of radiation.
本発明によれば、エネルギーサブトラクション法による放射線画像撮影において、信号のサンプルホールドタイミングの好適な制御ができる技術が提供される。 According to the present invention, there is provided a technique capable of suitably controlling the sample-hold timing of a signal in radiographic image capturing by the energy subtraction method.
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。 Hereinafter, the present invention will be described through exemplary embodiments thereof with reference to the accompanying drawings.
図1には、本発明の第1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。
FIG. 1 shows the configuration of a
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。
The
制御装置350は、放射線源400による放射線の放射(曝射)を許可する場合に、曝射制御装置300に対して曝射許可信号を送信する。曝射制御装置300は、制御装置350から曝射許可信号を受信すると、曝射許可信号の受信に応答して、放射線源400に放射線を放射(曝射)させる。動画を撮像する場合は、制御装置350は、曝射制御装置300に対して複数回にわたって曝射許可信号を送信する。この場合において、制御装置350は、曝射制御装置300に対して所定の周期で複数回にわたって曝射許可信号を送信してもよいし、撮像部100による次のフレームの撮像が可能になる度に曝射制御装置300に対して曝射許可信号を送信してもよい。
The
放射線源400は、放射線の連続的な放射期間(照射期間)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、互いに異なる複数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。
The
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。
Alternatively, the
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)に変換する変換素子と、該変換素子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。
Each of the plurality of pixels forming the
図2には、撮像部100の構成例が示されている。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、制御部130、バッファ回路140、列選択回路150、増幅部160、AD変換器170および検出部190を含みうる。
FIG. 2 shows a configuration example of the
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。
The
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。
The
検出部190は、放射線源400から放射される放射線に基づいて、放射線源400による放射線の照射の開始を検出する。検出部190は、例えば、放射線源400によって画素アレイ110に照射される放射線を画素アレイ110から読出回路RCによって読み出される信号に基づいて検出することによって、放射線源400による放射線の照射の開始を検出しうる。検出部190は、放射線源400による放射線の照射の開始を検出すると、それを示す同期信号を発生し制御部130に供給する。
The
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。
FIG. 3 shows a configuration example of one
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211を有し、電荷蓄積部211は、増幅回路230の入力端子に接続されている。
The
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。
The
変換素子210の電荷蓄積部211およびMOSトランジスタ235のゲートは、電荷蓄積部211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211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220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211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211をリセットする。
The charge storage unit 211 of the
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。
The
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。
The output side of the
出力回路310は、MOSトランジスタ311、313、行選択スイッチ312、314を含む。MOSトランジスタ311、313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。
The
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、行選択回路120によって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。
The radiation signal, which is a signal output from the
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、行選択回路120によって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。
In the normal mode, the
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。
When the row selection signal VST is activated, signals corresponding to the signals held in the sample and hold
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。
The
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211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。
The
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(駆動)される制御信号であり、図2の行制御信号122に対応する。また、行選択回路120は、制御部130から供給されるタイミング信号に従って、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を発生する。
The reset signal PRES, the enable signal EN, the clamp signal PCL, the enable signal EN0, the sample hold signals TN and TS, and the row selection signal VST are control signals that are controlled (driven) by the
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211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。
In the
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4つのサブモード(拡張モード1、2)を含みうる。ここでは、拡張モード1は比較例であり、拡張モード2は比較例1の改良例である。
The extended mode for obtaining a radiation image by the energy subtraction method will be described below. The extended mode may include the following four sub modes (
図4には、拡張モード1(比較例)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、曝射許可信号を発生する制御装置350によって制御されうる。撮像部100における動作制御は、制御部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。
FIG. 4 shows the operation of the
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。
As illustrated in FIG. 4, the energy (wavelength) of the
制御部130は、以下の第1期間T1、第2期間T2、第3期間T3が、それぞれ、立ち上がり期間、安定期間、立ち下がり期間に対応するように、第1期間T1、第2期間T2および第3期間T3を規定する。各画素112は、第1期間T1において変換素子210で発生した電気信号に応じた第1信号を出力する動作を実行する。また、各画素112は、第1期間T1および第2期間T2において変換素子210で発生した電気信号に応じた第2信号を出力する動作を実行する。また、各画素112は、第1期間T1、第2期間T2および第3期間T3において変換素子210で発生した電気信号に応じた第3信号を出力する動作を実行する。第1期間T1、第2期間T2および第3期間T3は、互いに異なる期間である。第1期間T1において、第1エネルギーE1を有する放射線が照射され、第2期間T2において第2エネルギーE2を有する放射線が照射され、第3期間T3において第3エネルギーE3を有する放射線が照射されることが予定されている。
The
拡張モード1では、放射線800が照射される照射期間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が照射される照射期間TTでは、入射した放射線に応じた電気信号(電荷)が変換素子210に蓄積され続ける。放射線800が照射される照射期間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。
In the
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。
Before the
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に対して曝射許可信号が送信され、この曝射許可信号に応答して放射線源400から放射線が放射される。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。
After the reset signal PRES is activated for a predetermined period, the
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。
The sample hold signal TS is activated for a predetermined period after a predetermined period has elapsed since the sample hold signal TN was activated for the predetermined period. As a result, the
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。
Next, a signal corresponding to the difference between the signal (E1) sampled and held by the sample and hold
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化される。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。
Then, after a predetermined period has elapsed since the sample hold signal TS was activated for a predetermined period (after the irradiation of the
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。
Then, a signal corresponding to the difference between the signal (E1) sampled and held by the sample and hold
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。
Next, the reset signal PRES is activated for a predetermined period, and the sample hold signal TN is activated for a predetermined period. As a result, the sample-
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。 By repeating the above operation a plurality of times, it is possible to obtain a radiation image (that is, a moving image) of a plurality of frames.
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。
The
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。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。
Therefore, the
図5を参照しながら拡張モード1(比較例)における課題を説明する。図5に例示されるように、制御装置350が曝射制御装置300に対して曝射許可信号を送信してから、放射線源400が放射線の放射(曝射)を開始するまでの時間(これを「曝射ディレイ」と呼ぶ)は、フレームごとに異なりうる。図5の例では、第(n+1)フレームにおける曝射ディレイが第nフレームにおける曝射ディレイより大きい。
Problems in the extended mode 1 (comparative example) will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 5, the time from when the
曝射ディレイがフレームごとに異なることは、図4を参照して説明すると、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、280がサンプルホールドを完了するまでの期間T1、T2がばらつくことを意味する。したがって、第1信号805、第2信号806、第3信号807として検出される放射線のエネルギーおよび照射量(線量)がフレーム間で変化しうる。これは、照射量e1、照射量e2、照射量e3として検出される放射線のエネルギーおよび照射量(線量)がフレーム間で変化し、照射量e1、照射量e2、照射量e3に基づくエネルギーサブトラクションの精度が低下しうることを意味する。これによって、動画にアーチファクトおよび/または明滅が生じうる。
Explaining with reference to FIG. 4 that the exposure delay differs for each frame, the periods T1 and T2 from the start of the irradiation of the
図6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2として言及しない事項は、拡張モード1に従いうる。拡張モード1(比較例)における課題を解決するためには、曝射許可信号ではなく、放射線源400から実際に放射された放射線に同期して、画素112のサンプルホールド回路270、280にサンプルホールドを行わせる必要がある。制御部130は、検出部190から同期信号501が供給される度に、画素アレイ110の複数の画素112の各々における複数回のサンプルホールドSH1、SH2、SH3のタイミングを決定する。換言すると、制御部130は、検出部190によって放射線の照射の開始が検出される度に、画素アレイ110の複数の画素112の各々における複数回のサンプルホールドSH1、SH2、SH3のタイミングを決定する。複数回のサンプルホールドSH1、SH2、SH3のうち最初のサンプルホールドSH1と複数回のサンプルホールドSH1、SH2、SH3のうち最後のサンプルホールドSH3との間の期間中は、リセットスイッチ220が変換素子210をリセットしない。
FIG. 6 shows the operation of the
ここで、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に、複数回のサンプルホールドのタイミングSH1、SH2、SH3における少なくとも1回のサンプルホールドのタイミングは、放射線の照射期間TTにおけるタイミングである。第1実施形態では、3回のサンプルホールドのタイミングSH1、SH2、SH3における2回のサンプルホールドSH1、SH2のタイミングは、放射線の照射期間TTにおけるタイミングである。複数回のサンプルホールドSH1、SH2、SH3のタイミングは、それぞれ、同期信号からの経過時間t1、t2、t3に従って決定されうる。よって、フレーム間において、放射線の照射の開始からサンプルホールドSH1の終了までの期間が一定にされる。また、フレーム間において、放射線の照射の開始からサンプルホールドSH2の終了までの期間が一定にされる。また、フレーム間において、放射線の照射の開始からサンプルホールドSH3の終了までの期間が一定にされる。これにより、エネルギーサブトラクションの精度の低下を抑制し、これにより、動画におけるアーチファクトおよび/または明滅を低減することができる。 Here, in order to obtain a radiation image by the energy subtraction method, at least one sample-hold timing in the sample-hold timings SH1, SH2, and SH3 is a timing in the radiation irradiation period TT. In the first embodiment, the timings of the two sample-holds SH1, SH2 in the three sample-hold timings SH1, SH2, SH3 are the timings in the radiation irradiation period TT. The timings of the sample-and-holds SH1, SH2, SH3 can be determined in accordance with the elapsed times t1, t2, t3 from the synchronization signal, respectively. Therefore, the period from the start of radiation irradiation to the end of the sample hold SH1 is fixed between frames. In addition, the period from the start of irradiation of the radiation to the end of the sample hold SH2 is made constant between frames. In addition, the period from the start of radiation irradiation to the end of the sample hold SH3 is fixed between frames. As a result, it is possible to suppress a decrease in the accuracy of the energy subtraction, thereby reducing artifacts and/or blinking in the moving image.
同期信号501を生成するために、検出部190が放射線源400からの放射線の照射の開始を検出する方法について説明する。放射線の照射検出のために、制御部130は、放射線800の放射(撮像部100への照射)前に、時刻t0においてリセットRDを行い、次いで曝射検出駆動を行う。本実施例では制御装置350から制御部130が曝射許可信号を受信した時刻をt0とする。
A method of detecting the start of irradiation of radiation from the
リセットRDでは、曝射許可信号の受信に応じて、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。また、この期間に、サンプルホールド信号TNおよびサンプルホールド信号TSも所定期間にわたって活性化されることによって、サンプルホールド回路270の容量272、サンプルホールド回路280の容量282がリセットレベルになる。これにより、サンプルホールド回路270及びサンプルホールド回路280がリセットされる。
In the reset RD, the reset signal PRES is activated for a predetermined period in response to the reception of the exposure permission signal, whereby the
リセットRDの際に、感度変更部240の第1変更信号WIDEおよび第2変更信号WIDE2が所定期間にわたって活性化されると、第1付加容量243および第2付加容量244もリセットされる。このため、必要に応じて付加容量のリセットを行うことが望ましい。
During the reset RD, if the first change signal WIDE and the second change signal WIDE2 of the
以上のように、リセットRDでは、変換素子210をリセットすると共に、クランプ回路260のkTCノイズや第1増幅トランジスタのオフセットに起因するノイズ成分がクランプ容量261に保持され、また、容量272および282が初期化される。特に、リセットRDによってサンプルホールド回路270の容量272、サンプルホールド回路280の容量282がリセットレベルになることにより、曝射検出駆動での微小な信号の変化を精度よく検出することが可能となる。
As described above, in the reset RD, the
リセットRDの後に、曝射検出駆動が行われる。曝射検出駆動は、画素112のサンプルホールド回路270、280による「サンプルホールド」および読出回路RCによる画素112からの信号の「読出」の繰り返しを含む。曝射検出駆動およびエネルギーサブトラクション駆動は、制御部130によって制御される。検出部190は、読出回路RCによって画素112から読み出された信号が閾値を越えると、放射線源400による放射線の照射が開始されたと判断して同期信号501を発生する。これに応答して、制御部130は、エネルギーサブトラクション駆動を開始する。エネルギーサブトラクション駆動は、図6における同期信号501に応答した駆動、即ち、複数の画素112のサンプルホールド回路270、280による複数回のサンプルホールドSH1、SH2、SH3および読出回路RCによる読出動作を含む。ここで、読出回路RCによる読出動作は、第1信号805、第2信号806、第3信号807を出力する動作を含む。
The exposure detection drive is performed after the reset RD. The exposure detection drive includes repetition of “sample and hold” by the sample and hold
曝射検出駆動における「サンプルホールド」と「読出」の繰り返しは、高速(例えば、μsオーダー)で行われることが好ましい。これは、「サンプルホールド」および「読出」に要する時間分だけ、放射線の照射の開始が検出されるタイミングが遅れるためである。高速化のために、曝射検出駆動の期間中は、読出の際のビニング(画素の加算数)を変更してもよい。ビニング2×2、4×4、8×8、・・・のように加算数が増加するほど、読出時間を短縮することができる。曝射検出駆動において読み出しによって得られる画像は、放射線の照射の開始を判定するX線の曝射の有無を判定するためにあるため、解像度を考慮する必要はない。したがって、32×32ビニングのように解像度を大きく下げ、読み出しに要する時間を短縮してもよい。また、読出対象の画素112の個数を限定してもよい。
It is preferable that the repetition of “sample hold” and “readout” in the exposure detection drive is performed at high speed (eg, μs order). This is because the timing at which the start of irradiation of radiation is detected is delayed by the time required for “sample hold” and “read”. For speeding up, the binning (addition number of pixels) at the time of reading may be changed during the exposure detection driving period. The read time can be shortened as the number of additions increases like binning 2×2, 4×4, 8×8,.... The image obtained by reading in the exposure detection drive is for determining the presence/absence of X-ray exposure for determining the start of radiation irradiation, and therefore it is not necessary to consider the resolution. Therefore, the resolution may be greatly reduced as in 32×32 binning to shorten the time required for reading. Further, the number of
読出対象の画素112の個数を限定する場合、曝射検出駆動の限定された読出対象は、固定でも良いし、フレームごとに変更しても良い。例えば、第(n+1)フレームにおける曝射検出駆動の限定された読出対象は、第nフレームの情報を用いて決定してもよい(nは1以上の整数)。前フレームの情報を用いることにより、被写体がない、または放射線の透過量が多いと予想される領域を選択することができる。これにより、放射線の照射開始の検知精度を高めることが可能になる。この場合、第1フレームにおける曝射検出駆動の限定された読出対象は、撮影前にあらかじめ決めておいても良いし、前回までの撮影情報を元に、被写体がない、または放射線の透過量が多いと予想される領域を選択しても良い。
When the number of
微小な信号の変化をさらに検出しやすくするために、曝射検出駆動の期間中は、感度を変更しても良い。例えば、曝射検出駆動の期間中は、感度変更部240の第1変更信号WIDEおよび第2変更信号WIDE2を非活性化して高感度モードにするとよい。
In order to make it easier to detect a minute change in the signal, the sensitivity may be changed during the exposure detection drive period. For example, during the exposure detection drive period, the first change signal WIDE and the second change signal WIDE2 of the
検出部190が同期信号501を出力したら、曝射検知動作からエネルギーサブトラクション駆動に移行するので、ビニング、ゲイン等の設定は、エネルギーサブトラクション駆動に変更される。このとき、リセットRD以降の放射線がサンプルホールドされるため、無効曝射がない。
When the
図7には、検出部190が放射線源400からの放射線の照射の開始を検出する方法1が例示されている。制御部130は、制御装置350から曝射許可信号を受信すると、リセットRDを行い、リセットRDの後に曝射検出駆動がなされる。曝射検出駆動において放射線の照射の開始が検出されると、制御部130に、検出部190から同期信号501が供給され、エネルギーサブトラクション駆動に移行する。
FIG. 7 illustrates a
上記の方法1とは開始条件が異なる例として、検出部190が放射線源400からの放射線の照射の開始を検出する方法2を図8に示す。制御部130は、制御装置350から、撮像方式に関するモードとして拡張モードが選択されたことを示す信号を受信すると、リセットRDを行い、リセットRDの後に曝射検出駆動がなされる。曝射検出駆動において放射線の照射の開始が検出されると、制御部130に、検出部190から同期信号501が供給され、エネルギーサブトラクション駆動に移行する。動画撮影の場合、第2フレーム目以降は開始条件に撮像方式に関するモードとして拡張モードが選択されたことを示す信号を使用できないので、例えば、第nフレームのエネルギーサブトラクション駆動が終了するとリセットRDを行い、リセットRDの後に第(n+1)フレームの曝射検出駆動がなされる。曝射検出駆動において放射線の照射の開始が検出されると、制御部130に、検出部190から第(n+1)フレームの同期信号501が供給され、エネルギーサブトラクション駆動に移行する。曝射検出駆動および、エネルギーサブトラクション駆動に移行した後の動作は方法1、方法2ともに、図6で説明した拡張モード2と同様である。
As an example in which the start condition is different from the above-mentioned
曝射検出駆動前に行うリセットRDの開始は、方法1および方法2に限らず、リセットRD開始のトリガとなる信号を別途設けてもよい。また、リセットRDの終了から曝射検出駆動開始までの時間は任意に設定できるものとする。
The start of the reset RD performed before the exposure detection driving is not limited to the
リセットRD後に暗電流が変換素子210に蓄積すると考えられるが、実際に放射された放射線から検出される信号量に比べると暗電流による信号の影響は非常に小さいので無視できる。
It is considered that a dark current is accumulated in the
上記の説明では、エネルギーが互いに異なる3種類の画像を取得する形態を説明した。しかしながら、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、図9に示す画素構成のようにサンプルホールドの数を3系統に増やし、エネルギーが互いに異なる4種類の画像を取得してもよい。図9のサンプルホールド回路290は、スイッチ291および容量292を有しうる。スイッチ291は、行選択回路120によってサンプルホールド信号TS2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TS2が活性化されることによって、スイッチ291を介して容量292に書き込まれる。そして、サンプルホールド回路290によって保持されている信号に応じた信号S2がMOSトランジスタ315および行選択スイッチ316を介して列信号線323に出力される。あるいは、サンプルホールドの回数を減らし、エネルギーが互いに異なる2種類の画像を取得してもよい。あるいは、互いにエネルギーが異なる3種類の画像から互いにエネルギーが異なる2種類の画像を得てもよい。
In the above description, the form in which three types of images having different energies are acquired has been described. However, the present invention is not limited to such a form. For example, as in the pixel configuration shown in FIG. 9, the number of sample and hold may be increased to three, and four types of images having different energies may be acquired. The
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。
In the above example, the rise and fall of the tube voltage of the
1 放射線撮像装置
110 画素アレイ
RC 読出回路
190 検出部
130 制御部
210 変換素子
270、280 サンプルホールド回路
DESCRIPTION OF
Claims (10)
放射線源から放射された放射線または前記放射線源から提供される情報に基づいて前記放射線源による放射線の照射の開始を検出する検出部と、
前記変換素子をリセットするリセット部と、
前記検出部によって放射線の照射の開始が検出される度に、前記複数の画素の各々における複数回のサンプルホールドのタイミングを決定する制御部と、を備え、
前記複数回のサンプルホールドのうち少なくとも1回のサンプルホールドのタイミングは、放射線の照射期間におけるタイミングであり、
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、前記制御部によって決定された前記複数回のサンプルホールドのタイミングに従って前記変換素子からの信号を複数回にわたってサンプルホールドするサンプルホールド回路と、を含み、
放射線の照射の開始を検出する前に前記リセット部による前記変換素子のリセットが行われる期間にサンプルホールド回路がリセットされることを特徴とする放射線撮像装置。 A radiation imaging apparatus comprising: a pixel array having a plurality of pixels; and a readout circuit that reads out signals from the pixel array,
A detector that detects the start of irradiation of radiation by the radiation source based on the radiation emitted from the radiation source or information provided from the radiation source;
A reset unit for resetting the conversion element,
A control unit that determines the timing of a plurality of sample-and-holds in each of the plurality of pixels each time the start of radiation irradiation is detected by the detection unit;
The timing of at least one sample and hold among the plurality of sample and hold is a timing in a radiation irradiation period,
Each of the plurality of pixels includes a conversion element that converts radiation into an electrical signal, and a sample hold that samples and holds the signal from the conversion element a plurality of times in accordance with the plurality of sample hold timings determined by the control unit. And a circuit,
A radiation imaging apparatus, wherein a sample hold circuit is reset during a period in which the conversion element is reset by the reset unit before detecting the start of radiation irradiation.
前記放射線源は、前記曝射許可信号に応じて放射線を放射し、
前記制御部は、前記曝射許可信号の受信に応じて、前記サンプルホールド回路をリセットする
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 Further comprising a control device that transmits an exposure permission signal to an exposure control device that controls the radiation source,
The radiation source emits radiation according to the exposure permission signal,
The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit resets the sample hold circuit in response to reception of the exposure permission signal.
前記制御部は、前記拡張モードが選択されたことを示す信号の受信に応じて、前記サンプルホールド回路をリセットする
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 As an imaging mode mode, there is an extended mode that is a mode for obtaining a radiation image by the energy subtraction method,
The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit resets the sample hold circuit in response to reception of a signal indicating that the extension mode is selected.
前記制御部は、前記検出部による放射線の照射の開始の検出が行われる際に、前記画素の感度を前記第2感度とする
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 The pixel is capable of detecting radiation with a first sensitivity or a second sensitivity higher than the first sensitivity,
The control unit sets the sensitivity of the pixel to the second sensitivity when the start of irradiation of radiation by the detection unit is detected. Radiation imaging device.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 In each of the plurality of pixels, the reset unit resets the conversion element during a period between the first sample hold of the plurality of sample and hold and the last sample hold of the plurality of sample and hold. do not do,
The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 The control unit determines timings of the plurality of times of sample hold so that radiographic images at a plurality of different energies are obtained.
The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the radiation imaging apparatus is a radiation imaging apparatus.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 The detection unit detects the start of irradiation of radiation by the radiation source based on an electric signal obtained from the pixel array,
The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 The control unit controls the plurality of pixels so that a period from the start of irradiation of radiation to the end of sample hold becomes constant.
The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the radiation imaging apparatus is a radiation imaging apparatus.
ことを特徴とする請求項8に記載の放射線撮像装置。 In the plurality of frames, the control unit controls the plurality of pixels such that a period from the start of irradiation of the radiation to the end of sample hold is constant.
The radiation imaging apparatus according to claim 8, wherein the radiation imaging apparatus is a radiation imaging apparatus.
前記複数回のサンプルホールドのうち少なくとも1回のサンプルホールドのタイミングは、放射線の照射期間におけるタイミングであり、
放射線の照射の開始を検出する前に前記リセット部による前記変換素子のリセットが行われる期間にサンプルホールド回路がリセットされることを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。 A pixel array having a plurality of pixels, a readout circuit for reading a signal from the pixel array, and detection of start of irradiation of radiation by the radiation source based on radiation emitted from the radiation source or information provided from the radiation source. Detecting unit, a reset unit that resets the conversion element, and a control unit that determines the timing of a plurality of sample-holds in each of the plurality of pixels each time the start of irradiation of radiation is detected by the detecting unit. Each of the plurality of pixels includes a conversion element for converting radiation into an electric signal, and a signal from the conversion element for a plurality of times in accordance with the plurality of times of sample and hold determined by the control unit. A method of controlling a radiation imaging apparatus, comprising: a sample-hold circuit for sample-holding;
The timing of at least one sample and hold among the plurality of sample and hold is a timing in a radiation irradiation period,
A method of controlling a radiation imaging apparatus, wherein a sample hold circuit is reset during a period in which the conversion element is reset by the reset unit before detecting the start of radiation irradiation.
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