JP2021049204A - Radiation imaging device and radiation imaging system - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、放射線撮像装置と放射線撮像システムに関する。特に、本発明は、エネルギサブトラクション撮影と、一般撮影とを、共通の放射線検出パネルを用いて行うことができる放射線撮像装置と、この放射線撮像装置が適用される放射線撮像システムに関するものである。 The present invention relates to a radiation imaging device and a radiation imaging system. In particular, the present invention relates to a radiation imaging apparatus capable of performing energy subtraction imaging and general imaging using a common radiation detection panel, and a radiation imaging system to which the radiation imaging apparatus is applied.
デジタル技術の進歩により、被写体を透過した放射線の強度分布を電気信号に変換して検出し、この電気信号を処理して可視画像としてモニタ等に再生することにより高画質の放射線画像を得る装置が工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く利用されている。また、近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、半導体センサを使用して放射線画像を撮影する装置が開発されている。これらのシステムは、従来の感光性フィルムを用いる放射線画像撮影システムと比較して、非常に広いダイナミックレンジを有しており、放射線の露光量の変動に影響されることなく放射線画像を得ることができる実利的な利点を有している。さらに、従来の感光性フィルム方式と異なり、化学処理が要らず、即時的に画像を得ることができる利点もある。 With the progress of digital technology, a device that obtains a high-quality radiation image by converting the intensity distribution of radiation transmitted through the subject into an electric signal and detecting it, processing this electric signal and reproducing it as a visible image on a monitor or the like. Widely used in industrial non-destructive inspection and medical diagnosis. Further, with the recent progress of semiconductor process technology, a device for taking a radiographic image using a semiconductor sensor has been developed. These systems have a very wide dynamic range compared to conventional radiographic imaging systems that use photosensitive film, and can obtain radiographic images without being affected by fluctuations in the amount of radiation exposure. It has the practical advantage of being able to do it. Further, unlike the conventional photosensitive film method, there is an advantage that an image can be obtained immediately without requiring chemical treatment.
このような放射線画像による医療診断の応用として、エネルギサブトラクション法を用いた放射線画像診断がある。放射線には周波数の低い低エネルギ成分(軟放射線)と周波数の高い高エネルギ成分(硬放射線)が含まれている。低エネルギ成分の放射線は被写体を透過しにくく、高エネルギ成分の放射線は被写体を透過しやすいという特性がある。上述の特性を利用して、放射線検出パネルに照射される放射線のエネルギ成分が異なる複数枚の放射線画像を取得し、画像処理を行うことで骨部組織や軟部組織を分離又は強調した画像を取得することができる。さらに、IVR(Interventional Radiology)手技時に、被写体に挿入されたカテーテルを分離又は強調した画像も得ることができる。この手法をエネルギサブトラクション(energy‐subtraction)法またはエネルギ差分法と呼ぶ。 As an application of such medical diagnosis using radiographic images, there is radiographic image diagnosis using the energy subtraction method. Radiation includes low-frequency low-energy components (soft radiation) and high-frequency high-energy components (hard radiation). Radiation with a low energy component is difficult to penetrate the subject, and radiation with a high energy component is easy to pass through the subject. Utilizing the above-mentioned characteristics, a plurality of radiation images having different energy components of the radiation applied to the radiation detection panel are acquired, and image processing is performed to acquire an image in which bone tissue and soft tissue are separated or emphasized. can do. Furthermore, during the IVR (Interventional Radiology) procedure, it is possible to obtain an image in which the catheter inserted in the subject is separated or emphasized. This method is called an energy-subtraction method or an energy difference method.
エネルギサブトラクション法を実現する方法として、1つの放射線撮像装置の筺体の内部に2つの放射線検出パネルと各放射線検出パネルの間に所定のエネルギ成分を吸収する低エネルギーカットフィルタを重ねて配置する方法がある。特許文献1に記載の構成では、1つの可撓性を有する放射線検出パネルを用いて、折り曲げて積層することにより、エネルギサブトラクション撮影と、一般撮影を行えるようにして、コストや重量を抑えている。
As a method for realizing the energy subtraction method, there is a method in which a low energy cut filter that absorbs a predetermined energy component is superposed between two radiation detection panels and each radiation detection panel inside the housing of one radiation imaging device. is there. In the configuration described in
特許文献1の技術では、光を受光し電気信号に変換する変換素子から読み出し回路までの間の電気信号を伝送するための信号線が長くなる。そのため、信号線に寄生する容量が約2倍になる。放射線検出パネルの読み出し回路のノイズは、信号線容量に依存して増加するため、撮影画像のS/N比が悪化してしまう。そのため、特許文献1の技術では、一般撮影において、撮影画像のS/N比に課題があった。そこで本発明は、エネルギサブトラクション撮影と一般撮影とが可能な放射線撮像装置において一般撮影におけるS/N比を向上させるための技術を提供することを目的とする。
In the technique of
上記課題に鑑みて、本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線に応じた電気信号を出力するための画素が行列状に複数配列された第1の画素アレイ及び第2の画素アレイと、前記第1画素アレイに含まれる第1の画素と前記第2画素アレイに含まれる第2の画素とが共通に接続された信号線と、を有し、前記第1の画素と前記第2の画素とが対向するように配置された可撓性の基板と、前記第1の画素からの電気信号と前記第2の画素からの電気信号とを同じ期間に前記信号線に出力するように、前記第1の画素アレイを駆動する第1の駆動回路及び前記第2の画素アレイを駆動する第2の駆動回路を制御する制御回路と、を有する。 In view of the above problems, the radiation imaging apparatus of the present invention includes a first pixel array and a second pixel array in which a plurality of pixels for outputting an electric signal corresponding to the incident radiation are arranged in a matrix, and the above. It has a signal line in which a first pixel included in the first pixel array and a second pixel included in the second pixel array are commonly connected, and the first pixel and the second pixel are included. The flexible substrate arranged so as to face each other, and the electric signal from the first pixel and the electric signal from the second pixel are output to the signal line in the same period. It has a first drive circuit that drives the first pixel array and a control circuit that controls a second drive circuit that drives the second pixel array.
上記手段により、エネルギサブトラクション撮影と一般撮影とが可能な放射線撮像装置において一般撮影におけるS/N比を向上させることが可能となる。 By the above means, it is possible to improve the S / N ratio in general radiography in a radiation imaging apparatus capable of energy subtraction radiography and general radiography.
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Similar elements are designated by the same reference numerals throughout the various embodiments, and duplicate description is omitted. Moreover, each embodiment can be changed and combined as appropriate.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態の放射線撮像システム100の構成例を示す。放射線撮像システム100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100は、例えば、放射線撮像装置110、コンピュータ120、曝射制御装置130及び放射線源140を備える。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a configuration example of the
放射線源140は、曝射制御装置130からの曝射指令(放射指令)に従って放射線の照射を開始する。放射線源140から照射された放射線は、被写体150を通って放射線撮像装置110に入射する。放射線源140はまた、曝射制御装置130からの停止指令に従って放射線の照射を停止する。
The
放射線撮像装置110は、放射線検出パネル111と、制御回路112とを含む。放射線検出パネル111は、放射線撮像装置110に入射した放射線に応じた放射線画像データを生成し、コンピュータ120へ送信する。放射線画像データとは、放射線画像を表すデータである。制御回路112は、放射線検出パネル111の動作を制御する。例えば、制御回路112は、放射線検出パネル111から得られる信号に基づいて、放射線源140からの放射線の照射を停止させるための停止信号を生成する。停止信号は、曝射制御装置130に供給される。曝射制御装置130は、停止信号に応答して、放射線源140に対して停止指令を送る。制御回路112は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)などのPLD(Programmable Logic Device)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)のような専用回路で構成されてもよい。これに代えて、制御回路112は、プロセッサのような汎用処理回路とメモリのような記憶回路との組み合わせによって構成されてもよい。この場合に、記憶回路に格納されたプログラムを汎用処理回路が実行することによって、制御回路112の機能が実現されてもよい。
The
コンピュータ120は、放射線撮像装置110および曝射制御装置130を制御する制御部と、放射線撮像装置110から放射線画像データを受信する受信部と、放射線撮像装置110によって得られた信号(放射線画像データ)を処理する信号処理部とを有する。制御部、受信部及び信号処理部はそれぞれ、制御回路112と同様に、専用回路によって構成されてもよいし、汎用処理回路と記憶回路との組み合わせによって構成されてもよい。一例において、曝射制御装置130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140に送るとともに、放射線の照射開始を示す開始通知をコンピュータ120に送る。開始通知を受けたコンピュータ120は、開始通知に応答して、放射線の照射開始を放射線撮像装置110の制御回路112に通知する。
The
図2は、放射線検出パネル111の構成例を示す。放射線検出パネル111は、例えば、第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300、第1の駆動回路210、第2の駆動回路310、読出回路220、バッファ回路230及びA/D変換器240を備える。第1の駆動回路210、第2の駆動回路310及び読出回路220は、第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300の周辺回路として機能する。第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300は、例えば、行列状に複数配列された複数の画素201と、複数の駆動線Vg1〜Vg8と、複数の信号線Sig1〜Sig4と、バイアス線Bsとによって構成される。図2では、説明のために、入射面画素アレイ200は、4行×4列の画素201、第2の画素アレイ300は、4行×4列の画素201で構成されている。しかし、実際には、より多くの画素201が配されうる。一例において、放射線検出パネル111は、17インチの寸法を有し、約3000行×約3000列の画素201を有する。各画素201は、変換素子とスイッチ素子とによって構成される。
FIG. 2 shows a configuration example of the
第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300は、複数の変換素子C11〜C84と、複数のスイッチ素子S11〜S84とを含む。以下の説明において、変換素子C11〜C84を総称して変換素子Cと表す。変換素子Cに関する説明は、変換素子C11〜C84のそれぞれに当てはまる。同様に、スイッチ素子S11〜S84、駆動線Vg1〜Vg8及び信号線Sig1〜Sig4を総称して、それぞれスイッチ素子S、駆動線Vg及び信号線Sigと表す。第1の画素アレイ200及び第2の画素アレイ300の各行を図面の上側から順に1行目から8行目と呼び、画素アレイ200の各列を図面の左側から順に1列目から4列目と呼ぶ。各画素201は、1つの変換素子Cと1つのスイッチ素子Sとの組み合わせによって構成される。例えば、1行目かつ2列目にある画素201は、変換素子C12とスイッチ素子S12との組み合わせによって構成される。
The
各画素201において、変換素子Cは入射した放射線を電気信号(例えば、電荷)に変換し、スイッチ素子Sは、変換素子Cと、この変換素子Cに対応する信号線Sigとの間に接続されている。例えば、複数の変換素子C11〜C81と信号線Sig1との間にスイッチ素子S11〜S81が接続されている。スイッチ素子Sがオンになると、変換素子Cと信号線Sigとの間が導通状態となり、変換素子Cで得られた電気信号(例えば、変換素子Cに蓄積された電荷)が信号線Sigに転送される。変換素子Cは、例えば、可撓性のフィルムやガラス基板等の絶縁性で可撓性の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であってもよい。これに代えて、変換素子Cは、PIN型フォトダイオードであってもよい。変換素子Cは、放射線を直接に電荷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、この光を検出する間接型として構成されてもよい。間接型では、シンチレータが複数の画素201によって共有されてもよい。すなわち、各画素201は、入射した放射線に応じた電気信号を出力するための構成要素である。
In each
スイッチ素子S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、スイッチ素子S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Vsに接続されている。バイアス電源Vsは、バイアス電圧を生成する。 The switch element S is composed of, for example, a transistor such as a thin film transistor (TFT) having a control terminal (gate) and two main terminals (source and drain). The conversion element C has two main electrodes, one main electrode of the conversion element C is connected to one of the two main terminals of the switch element S, and the other main electrode of the conversion element is common. It is connected to the bias power supply Vs via the bias wire Bs. The bias power supply Vs produces a bias voltage.
第1の駆動回路210、第2の駆動回路310は、制御回路112によって制御され、制御回路112から供給される制御信号に従って、駆動線Vgを通じて各画素201のスイッチ素子Sの制御端子に駆動信号を供給する。制御信号は、スイッチ素子Sをオンにするためのオン信号(以下の説明ではハイレベルの電圧)と、スイッチ素子Sをオフにするためのオフ信号(以下の説明ではローレベルの電圧)とを含む。第1の駆動回路210、第2の駆動回路310は、例えばシフトレジスタを含み、このシフトレジスタは、制御回路112から供給される制御信号(例えば、クロック信号)に従ってシフト動作を行う。第1の駆動回路210、第2の駆動回路310の動作例については後述する。
The
読出回路220は、変換素子Cで得られ、信号線Sigに現れた電気信号を増幅して読み出す。読出回路220は、1本の信号線Sigごとに1つの増幅回路221を含む。図2の例では第1の画素アレイ200及び第2の画素アレイ300が4本の信号線Sigを有するので、読出回路220は4つの増幅回路221を含む。各列増幅部CAは、例えば、積分増幅器222、可変増幅器223、スイッチ素子224、容量225及びバッファ回路226を含む。スイッチ素子224及び容量225はサンプルホールド回路を構成する。積分増幅器222は、例えば、演算増幅器と、この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及びリセットスイッチとを含む。演算増幅器の非反転入力端子には、基準電源Vrefから基準電圧が供給される。制御回路112から供給される制御信号RC(リセットパルス)に応じてリセットスイッチがオンになると、積分容量がリセットされるとともに信号線Sigの電位が基準電位にリセットされる。
The
可変増幅器223は、積分増幅器222からの信号を、設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路は、可変増幅器223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を構成するスイッチ素子224のオンオフは、制御回路112から供給される制御信号SHによって制御される。バッファ回路226は、サンプルホールド回路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。
The variable amplifier 223 amplifies the signal from the integrating amplifier 222 at a set amplification factor. The sample hold circuit sample holds the signal from the variable amplifier 223. The on / off of the
読出回路220はまた、複数の増幅回路221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227を含む。マルチプレクサ227は、例えば、シフトレジスタを含み、このシフトレジスタは、制御回路112から供給される制御信号(例えば、クロック信号)に従ってシフト動作を行う。このシフト動作によって、複数の増幅回路221からの1つの信号が選択される。
The
バッファ回路230は、マルチプレクサ227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。A/D変換器240は、バッファ回路230から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。A/D変換器240の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ120に送信される。
The
図3は、1つの画素201の断面構造の一例を模式的に示す。画素201は、例えば、可撓性のフィルムやガラス基板等の絶縁性基板301の上に形成される。画素201は、絶縁性基板301の上に、導電層302、絶縁層303、半導体層304、不純物半導体層305及び導電層306を有する。導電層302は、スイッチ素子Sを構成するトランジスタ(例えばTFT)のゲートを構成する。絶縁層303は、導電層302を覆うように配置される。半導体層304は、導電層302のうちゲートを構成する部分の上に絶縁層303を介して配置されている。不純物半導体層305は、スイッチ素子S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)を構成するように半導体層304の上に配置されている。導電層306は、スイッチ素子S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。導電層306の一部は信号線Sigを構成し、他の一部は変換素子Cとのスイッチ素子Sとを接続するための配線パターンを構成している。
FIG. 3 schematically shows an example of the cross-sectional structure of one
画素201は、絶縁層303及び導電層306を覆う層間絶縁膜307を更に有する。層間絶縁膜307には、導電層306(スイッチ素子S)と接続するためのコンタクトプラグ308が設けられている。画素201は、層間絶縁膜307の上に、導電層309、絶縁層310、半導体層311、不純物半導体層312、導電層313、保護層314、接着層315及びシンチレータ層316をこの順に更に有する。これらの層によって、間接型の変換素子Cが構成される。導電層309及び導電層313は、変換素子Cを構成する光電変換素子の下部電極及び上部電極をそれぞれ構成する。導電層313は、例えば、透明材料で構成される。導電層309、絶縁層310、半導体層311、不純物半導体層312及び導電層313は、光電変換素子としてのMIS型センサを構成している。不純物半導体層312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316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、放射線を光に変換する。
The
上述の例にかえて、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、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がある。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。 Instead of the above example, the conversion element C may be configured as a direct type conversion element that directly converts the incident radiation into an electric signal (charge). As the direct type conversion element C, for example, there is a conversion element whose main material is amorphous selenium, gallium arsenide, gallium phosphide, lead iodide, mercury iodide, CdTe, CdZnTe and the like. The conversion element C is not limited to the MIS type, and may be, for example, a pn type or PIN type photodiode.
次に、図4を参照しながら、放射線検出パネル111の積層構造について説明する。図2に示した第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300は、フィルム等の可撓性の基板に形成されている。第1の画素アレイ200は、放射線の入射面側に配置され、第2の画素アレイ300は、放射線の入射面とは反対の面に配置されている。すなわち、第1の画素アレイ200に含まれる第1の画素と第2の画素アレイに含まれる第2の画素とが対向するように、第1の画素と第2の画素が可撓性の基台に配置されている。そのため、第1の画素アレイ200では、放射線のエネルギの低い成分を主に吸収し電気信号に変換する。第2の画素アレイ300では、放射線のエネルギの高い成分を吸収し電気信号に変換する。また、第1の駆動回路210は、第1の画素アレイ200の駆動を行い、第2の駆動回路310は、第2の画素アレイ300の駆動を行い、それぞれが独立して駆動させることができる。また、信号線Sig1〜Sig4及び読出回路220は、第1の画素アレイ200及び第2の画素アレイ300で共通になっている。第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の画素201は、画素中心が合うように構成されている。実施形態1では、変換素子C11と変換素子C81の画素中心は合っており、他の変換素子も同様に、変換素子C21と変換素子C71、変換素子C31と変換素子C61、変換素子C41と変換素子C51のように画素中心が合っている。そのため、放射線を照射し、撮影を行った際、例えば、変換素子C24と変換素子C74は、被写体の同一の位置の信号を得ることができる。この動作例については後述する。
Next, the laminated structure of the
第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300で画素重心を合わせるには、それぞれの画素アレイに複数のアライメント用のマークを付けることにより、高い精度で位置合わせを行うことができる。ただし、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300で画素中心を完全に一致させることは難しい。図5は、画素重心に対してのズレ量と解像力(MTF(Modulation Transfer Function))の関係を示した。図5は画素ピッチ125umの画素アレイの場合である。放射線が入射される側からの第1の画素の正射影の重心と第2の画素の正投影の重心のずれ量が、0.5画素以内であれば、1lp/mmの低下が4%程度であるため、ほぼ影響がないと言える。
In order to align the pixel centers of gravity of the
図10(a)〜(f)を用いて、放射線撮像システム100の積層構成の変形例の説明をする。第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300、読出回路220、信号線Sig1〜Sig4は、前述説明した通りである。第1のシンチレータ401、第2のシンチレータ402は、ガドリニウム系の材料、または、CsI(ヨウ化セシウム)の材料で形成される。第1の反射層403、第2の反射層404は、アルミニウムや酸化チタンなどで作られ、シンチレータで発光した光を反射させる。405は銅や錫で作られ、低エネルギの放射線が第2のシンチレータ402に届かないようにカットするための低エネルギーカットフィルタ、406はフィルム材料などで作られる可撓性基板である。また、407は入射面及び裏面で共通の共通シンチレータ、408及び409はガラス等で作られる基台、414はFPCなどのフレキシブル配線である。
A modified example of the laminated configuration of the
次に、図10(a)〜(f)に示す変形例のそれぞれの特徴について説明する。図10(a)に示す構成では、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の間に、第1のシンチレータ401と第2のシンチレータ402が配置される。そのため、可撓性基板406を折り曲げる際の曲率が緩いため、信号線Sig1〜4が断線しにくい。また、可撓性基板406で第1のシンチレータ401と第2のシンチレータ402を包む構成となるため、防湿効果もある。次に、図10(b)に示す構成では、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の距離が近いため、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の画素中心を合わせる際のアライメントが行いやすい利点がある。次に、図10(c)に示す構成では、第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300で共通のシンチレータ407を持つため、製造コストを安くできる。次に、図10(d)に示す構成では、第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300をガラス基台408、409上に配置する。そのため、樹脂フィルムに比べて伸び縮みやひずみが少なく、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の画素中心を合わせる際のアライメントが行いやすい利点がある。次に、図10(e)に示す構成では、第2の画素アレイ300の変換素子Cの配線材料を透明のITOを使用し、両面から光を検出できるようにしている。そのため、第2の画素アレイ300の裏側にさらに第3のシンチレータ410及び第3の反射層411を配置し、高エネルギの放射線をさらに捕獲できるようにしている。また、可撓性基板406が薄いフィルムであれば、裏面から入射しても解像力の低下は少ない。次に、図10(f)に示すは、第1の画素アレイ200も入射側にさらに第4のシンチレータ412及び第4の反射層413を有することにより、両面にシンチレータが配置されている。
Next, the features of each of the modified examples shown in FIGS. 10 (a) to 10 (f) will be described. In the configuration shown in FIG. 10A, the
図6を参照しながら放射線撮像システム100の一般撮影での動作例を説明する。放射線撮像システム100の動作は、コンピュータ120によって制御される。放射線撮像装置110の動作は、コンピュータ120による制御の下で、制御回路112によって制御される。図6に示される動作は、例えば、放射線撮像システム100のユーザが指示することによって開始される。図6の「動作」は、放射線撮像システム100の動作を示す。放射線撮像システム100の動作は、待機シーケンス、放射線画像取得シーケンス及びオフセット画像取得シーケンスを含む。待機シーケンスは、放射線の照射開始を待機している間に行われる一連の動作である。放射線画像取得シーケンスは、放射線画像を取得するための一連の動作である。オフセット画像取得シーケンスは、オフセット画像を取得するための一連の動作である。オフセット画像とは、放射線撮像装置110に放射線が照射されていない状態で各画素201から得られた信号によって形成される画像のことである。図6の「放射線」は、放射線の照射の有無を示す。ローレベルは放射線が照射されていないことを示し、ハイレベルは放射線が照射されていることを示す。図6の「Vg1」〜「Vg8」は、第1の駆動回路210及び第2の駆動回路310から各駆動線Vg1〜Vg8に供給される駆動信号のレベルを示す。ローレベル(オフ信号)の駆動信号が供給された駆動線Vgに接続されたスイッチ素子Sはオフであり、ハイレベル(オン信号)の駆動信号が供給された駆動線Vgに接続されたスイッチ素子Sはオンである。図6の「Sig1」〜「Sig4」は、各信号線Sig1〜Sig4を通じて信号が読み出されているか否かと、読出し対象の変換素子Cとを示す。ローレベルは信号が読み出されていないことを示し、ハイレベルは信号が読み出されていることを示す。また、ハイレベルの場合に、読出し対象の変換素子Cの符号を示す。待機シーケンス中に、放射線撮像装置110は、リセット動作を繰り返す。リセット動作とは、各画素201の変換素子Cに蓄積されている暗電荷をリセットする動作のことである。暗電荷とは、変換素子Cに放射線が入射していないのにもかかわらず発生する電荷のことである。1行目の画素201から4行目の画素201まで、および8行目の画素201から5行目の画素201までを順に変換素子Cのリセットを行うことを1回のリセット動作と呼ぶ。また、リセット動作は、変換素子Cをリセットすればよいため、読み出し動作と比べて駆動速度を速くできる。
An operation example of the
制御回路112は、例えば、曝射制御装置130からコンピュータ120を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源140からの放射線の照射が開始されることを認識し、待機シーケンスから放射線画像取得シーケンスに移行する。これに代えて、放射線撮像装置110は、第1の画素アレイ200のバイアス線Bs又は信号線Sig等を流れる電流を検出する検出回路を有してもよく、この検出回路の出力に基づいて放射線源140からの放射線の照射の開始を認識してもよい。
The
放射線画像取得シーケンスは、蓄積動作と読出し動作とを含む。蓄積動作で、第1の駆動回路210、第2の駆動回路310は、所定の時間、各駆動線Vg1〜Vg8にオフ信号を供給する。これによって、各変換素子Cに入射した放射線に応じた電荷が変換素子Cに蓄積される。続いて、読出し動作で、制御回路112は、各変換素子Cに蓄積された電荷(電気信号)を読み出す。
The radiographic image acquisition sequence includes a storage operation and a reading operation. In the storage operation, the
以下、読出し動作について詳細に説明する。以下では、信号線Sig1を通じて読み出される電荷について主に説明するが信号線Sig2〜4を通じて読み出される電荷についても同様である。まず、第1の駆動回路210は、駆動線Vg1のみにオン信号を供給する。これにより、スイッチ素子S11がオンとなり、変換素子C11と信号線Sig1との間が導通状態になるので、変換素子C11で得られた電荷が信号線Sig1に読み出される。一方、同じ期間に第2の駆動線Vg8にもオン信号が供給されているで、スイッチ素子S81もオン状態になり、変換素子C81と信号線Sig1との間も導通状態になる。したがって、変換素子C11で得られた電荷と変換素子C81で得られた電荷が信号線Sig1に読み出される。変換素子C11と変換素子C81は、図4の構造から分かる通り、画素中心が一致している。そのため、被写体の同じ位置の信号を同じ期間に読み出しており、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の2つの信号が足し合わされて読み出すことができる。第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300を個別に読み出し、デジタル画像として、信号を加算すると、ノイズも加算されてしまうため、ノイズ量が√2倍になってしまう。本実施形態のように同一の信号線に電気信号を加算することにより、ノイズの増加がほとんど無い状態で信号を加算することができるため、S/Nが約√2倍向上する。
Hereinafter, the reading operation will be described in detail. Hereinafter, the electric charge read through the
変換素子C11及び変換素子C81で得られた電荷が読み出された後に、第1の駆動回路210、第2の駆動回路310は、駆動線Vg2および駆動線Vg7にオン信号を供給する。これにより、スイッチ素子S21及びスイッチ素子S71がオンとなり、変換素子C21及び変換素子C71と信号線Sig1との間が導通状態になるので、変換素子C21と変換素子C71で得られた電荷が信号線Sig1に足し合わされ読み出される。この場合、スイッチ素子S21を含む画素が第1の画素アレイ200に含まれる第1の画素であり、スイッチ素子S71を含む画素が第2の画素アレイ300に含まれる第2の画素である。このような動作を駆動線Vg3・Vg4および駆動線Vg6・Vg5と繰り返し、読み出すことにより、第1の画素アレイ200及び第2の画素アレイ300の全体を読み出すことができる。
After the charges obtained by the conversion element C11 and the conversion element C81 are read out, the
放射線撮像装置110は、放射線画像取得シーケンスによって得られた各変換素子Cの電荷をマルチプレクサ227、バッファ回路230及びA/D変換器240を通してデジタル信号としてコンピュータ120に送信する。各画素201のデータを合成することによって、放射線画像が得られる。
The
次にオフセット画像取得シーケンスについて説明する。放射線画像取得シーケンスは、リセット動作と、蓄積動作と読出し動作とを含む。制御回路112はまず待機シーケンスと同じリセット動作を1回行う。これによって、第1の画素アレイ200及び第2の画素アレイ300の状態が放射線画像取得シーケンスの開始前と同様の状態になる。その後、制御回路112は、放射線画像取得シーケンスと同じ蓄積動作及び読出し動作を行うことによって、オフセット画像を取得する。オフセット画像も放射線画像と同様に放射線撮像装置110からコンピュータ120へ送信される。放射線画像からオフセット画像を減算することによって、放射線の照射中に変換素子Cで発生した暗電荷によるオフセット成分が放射線画像から除去される。
Next, the offset image acquisition sequence will be described. The radiographic image acquisition sequence includes a reset operation, a storage operation, and a read operation. The
図7を参照しながら放射線撮像システム100のエネルギサブトラクション撮影の動作例を説明する。なお、図6を参照しながら、説明を行った部分については説明を割愛する。
An operation example of energy subtraction imaging of the
一般撮影とは異なり、エネルギサブトラクション撮影では、第1の画素アレイ200と第2の画素アレイ300の信号は個別に取得する。図7の放射線撮像シーケンスの読み出し動作では、第2の画素アレイ300を先に読み出すため、駆動線Vg8、Vg7、Vg6、Vg5を順にオン状態にして、変換素子C51〜変換素子C84を読み出す。その後、第1の画素アレイ200の駆動線Vg1、Vg2、Vg3、Vg4を順にオン状態にして、変換素子C11〜変換素子C44を読み出す。
Unlike general photography, in energy subtraction photography, the signals of the
第2の画素アレイ300を先に読み出すのは、第2の画素アレイ300は、第1の画素アレイ200で吸収しきれない残りの信号を読み出すため、第1の画素アレイ200に比べて信号量が小さい。そのため、暗電荷の影響を少しでも小さくしたいため、リセット動作から読み出し動作までの蓄積時間を短くする必要がある。
The
エネルギサブトラクション撮影では、第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300の信号を個別に読み出し、読み出した画像を使い、エネルギサブトラクションの画像処理を行うことで骨部組織や軟部組織を分離又は強調した画像を取得することができる。
In energy subtraction imaging, the signals of the
次に図8を参照しながら放射線撮像システム100のエネルギサブトラクション撮影での別の動作例を説明する。図7の動作例では、第2の画素アレイ300の信号を先に読み出していたが、図8では、第2の画素アレイ300の信号と第1の画素アレイ200の信号を交互に読み出す。本実施形態では、第2の画素アレイ300と第1の画素アレイ200の画素中心を合わせているため、例えば、変換素子C14と変換素子C84は空間的に近傍に位置する。そのため、外来性のノイズを受けた場合、空間的にも時間的にも近いところで読み出し動作を行うことになり、同相のノイズとして読み出される。同相ノイズであれば、エネルギサブトラクションの画像処理で低減することも可能となる。
Next, another operation example in the energy subtraction imaging of the
次に図9を参照しながら放射線撮像システム100のエネルギサブトラクション撮影での別の動作例を説明する。図7、図8の動作では、第1の画素アレイ200、第2の画素アレイ300ともに、駆動線Vg1〜駆動線Vg8まで、1行ずつオンさせて信号を読み出していた。第2の画素アレイ300は、第1の画素アレイ200で吸収しきれない残りの信号を読み出すため、第1の画素アレイ200に比べて信号量が小さい。そのため、第2の画素アレイ300のみ、駆動線Vg8・Vg7、および駆動線Vg6・Vg5を同時にオンして、信号線に2行分の信号を出力し、加算して読み出している。これにより、第2の画素アレイ300から読み出されるS/Nを向上させることができる。また、第2の画素アレイ300の読み出し時のみ、読み出し回路の増幅器のゲインを上げて読み出すことにより、S/Nを上げることもできる。
Next, another operation example in the energy subtraction imaging of the
100 放射線撮像システム
110 放射線撮像装置
112 制御回路
200 第1の画素アレイ
300 第2の画素アレイ
201 画素
210 第1の駆動回路
310 第2の駆動回路
220 読出回路
100
Claims (9)
前記第1の画素からの電気信号と前記第2の画素からの電気信号とを同じ期間に前記信号線に出力するように、前記第1の画素アレイを駆動する第1の駆動回路及び前記第2の画素アレイを駆動する第2の駆動回路を制御する制御回路と、
を有する放射線撮像装置。 A first pixel array and a second pixel array in which a plurality of pixels for outputting an electric signal corresponding to incident radiation are arranged in a matrix, a first pixel included in the first pixel array, and the first pixel array. A flexible substrate having a signal line in which a second pixel included in a two-pixel array is commonly connected, and the first pixel and the second pixel are arranged so as to face each other. When,
The first drive circuit for driving the first pixel array and the first drive circuit so as to output the electric signal from the first pixel and the electric signal from the second pixel to the signal line in the same period. A control circuit that controls a second drive circuit that drives the two pixel arrays, and a control circuit that controls the second drive circuit.
Radiation imaging device with.
前記第1の駆動回路及び前記第2の駆動回路は、前記スイッチ素子をオンするためのオン信号を前記スイッチ素子に供給することにより前記第1の画素及び前記第2の画素から前記電気信号を前記信号線に出力するように、前記第1の画素アレイ及び前記第2の画素アレイを駆動することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 The first pixel and the second pixel each include a conversion element for converting radiation into an electric signal and a switch element for outputting the electric signal to the signal line.
The first drive circuit and the second drive circuit supply the electric signal from the first pixel and the second pixel by supplying an on signal for turning on the switch element to the switch element. The radiation imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first pixel array and the second pixel array are driven so as to output to the signal line.
前記2つの主端子のうちの一方には前記変換素子の2つの主電極のうちの一方の主電極が電気的に接続されており、前記2つの主端子のうちの他方には前記信号線が電気的に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の放射線撮像装置。 The switch element is a transistor having a control terminal and two main terminals.
One of the two main electrodes of the conversion element is electrically connected to one of the two main terminals, and the signal line is connected to the other of the two main terminals. The radiation imaging device according to claim 4, wherein the radiation imaging device is electrically connected.
前記読出回路は、一般撮影では、前記同じ期間に前記信号線に出力された前記第1の画素からの電気信号と前記第2の画素からの電気信号とが前記信号線で足し合わされた信号を読み出すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 It further includes a read circuit electrically connected to the signal line.
In general photographing, the reading circuit obtains a signal obtained by adding an electric signal from the first pixel and an electric signal from the second pixel output to the signal line in the same period by the signal line. The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is read out.
前記放射線撮像装置からの放射線画像データを処理するコンピュータと、
を含むことを特徴とする放射線撮像システム。 The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 8.
A computer that processes radiation image data from the radiation imaging device, and
A radiation imaging system characterized by including.
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