JP2022022844A - 放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線信号を精度よく補正するための技術を提供する。【解決手段】放射線撮像装置は、複数の画素行及び複数の画素列を構成するように配置され、複数の第１画素と、複数の第１画素よりも放射線に対する感度が低い複数の第２画素とを含む、複数の画素と、複数の画素列に対応して配置された複数の信号線と、複数の信号線を通じて複数の画素から信号を読み出す読み出し回路と、複数の第２画素から読み出された複数の信号を用いて補正値を決定し、複数の第１画素から読み出された複数の信号を、補正値を用いて補正する処理部と、を備える。読み出し回路の内部構造は周期を有する。複数の第２画素は、複数の第２画素を含む画素列の列番号を周期で割った余りが２種類以上となるように配置されている。【選択図】図８

Description

本発明は、放射線撮像装置に関する。

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。こうした放射線撮像装置において、放射線撮像装置に入射する放射線をモニタすることが知られている。特許文献１に、放射線量をリアルタイムで検出することによって、放射線の照射中に入射した放射線の積算線量を把握し、自動露出制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＥＣ）を行うことが記載されている。

特開２０１６－２２０１１６号公報

特許文献１の放射線撮像装置は、放射線信号を取得するための撮像用画素と、補正用信号を取得するための補正用画素とを有する。放射線撮像装置は、補正用信号を事前に取得しておき、これを使用して放射線信号を補正する。補正用信号は、ノイズを低減するために、複数の画素列にわたって平均される。補正用信号を読み出してから放射線信号を読み出すまでの間に、例えば放射線撮像装置内の温度変化によって、読み出し回路の特性が変化することがある。この特性の変化は、読み出し回路の内部構造に起因して空間的な周期性を有しうる。そのため、補正用画素の配置によって、放射線信号の補正の精度が異なることを発明者らは見出した。本発明の１つの側面は、放射線信号を精度よく補正するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、放射線撮像装置であって、複数の画素行及び複数の画素列を構成するように配置され、複数の第１画素と、前記複数の第１画素よりも放射線に対する感度が低い複数の第２画素とを含む、複数の画素と、前記複数の画素列に対応して配置された複数の信号線と、前記複数の信号線を通じて前記複数の画素から信号を読み出す読み出し回路と、前記複数の第２画素から読み出された複数の信号を用いて補正値を決定し、前記複数の第１画素から読み出された複数の信号を、前記補正値を用いて補正する処理部と、を備え、前記読み出し回路の内部構造は周期を有し、前記複数の第２画素は、前記複数の第２画素を含む画素列の列番号を前記周期で割った余りが２種類以上となるように配置されている、放射線撮像装置が提供される。

上記手段により、放射線信号を精度よく補正できる。

本発明の実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 本発明の実施形態の増幅回路の構成を示す図。 本発明の実施形態の各画素の構成を示す平面図。 本発明の実施形態の各画素の構成を示す断面図。 本発明の実施形態の放射線撮像装置を含む放射線撮像システムの構成例を示す図。 本発明の実施形態の放射線撮像装置の動作を示す図。 本発明の実施形態の検出画素及び補正画素の位置を示す図。 本発明の実施形態の検出画素及び補正画素の位置を示す図。 本発明の実施形態の読み出し回路の特性の周期変化を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の一部の実施形態に係る放射線撮像装置１００の構成例を示す。放射線撮像装置１００は、複数の画素行及び複数の画素列を構成するように撮像領域ＩＲに配置された複数の画素と、複数の駆動線１１０と、複数の信号線１２０とを有する。複数の駆動線１１０は、複数の画素行に対応して配置されており、各駆動線１１０が何れか１つの画素行に対応する。複数の信号線１２０は、複数の画素列に対応して配置されており、各信号線１２０が何れか１つの画素列に対応する。

複数の画素は、放射線画像を取得するために用いられる複数の撮像画素１０１と、放射線の照射量をモニタするために用いられる複数の検出画素１０４と、放射線の照射量を補正するために用いられる複数の補正画素１０７とを含む。放射線に対する補正画素１０７の感度は、放射線に対する検出画素１０４の感度よりも低い。

撮像画素１０１は、放射線を電気信号に変換する変換素子１０２と、対応する信号線１２０と変換素子１０２とを互いに接続するスイッチ素子１０３とを含む。検出画素１０４は、放射線を電気信号に変換する変換素子１０５と、対応する信号線１２０と変換素子１０５とを互いに接続するスイッチ素子１０６とを含む。検出画素１０４は、複数の撮像画素１０１によって構成される行及び列に含まれるように配置される。補正画素１０７は、放射線を電気信号に変換する変換素子１０８と、信号線１２０と変換素子１０８とを互いに接続するスイッチ素子１０９とを含む。補正画素１０７は、複数の撮像画素１０１によって構成される行及び列に含まれるように配置される。図１及び後続の図面では、変換素子１０２、変換素子１０５及び変換素子１０８に対して相異なるハッチングを付すことによって撮像画素１０１、検出画素１０４及び補正画素１０７を区別する。

変換素子１０２、変換素子１０５及び変換素子１０８は、放射線を光に変換するシンチレータ及び光を電気信号に変換する光電変換素子とによって構成されてもよい。シンチレータは、一般的に、撮像領域ＩＲを覆うようにシート状に形成され、複数の画素によって共有される。これに代えて、変換素子１０２、変換素子１０５及び変換素子１０８は、放射線を直接に電気信号に変換する変換素子で構成されてもよい。

スイッチ素子１０３、スイッチ素子１０６及びスイッチ素子１０９は、例えば、非晶質シリコン又は多結晶シリコンなどの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含んでもよい。

変換素子１０２の第１電極は、スイッチ素子１０３の第１主電極に接続され、変換素子１０２の第２電極は、バイアス線１３０に接続される。１つのバイアス線１３０は、列方向に延びていて、列方向に配列された複数の変換素子１０２の第２電極に共通に接続される。バイアス線１３０は、電源回路１４０からバイアス電圧Ｖｓを受ける。１つの列に含まれる１つ以上の撮像画素１０１のスイッチ素子１０３の第２主電極は、１つの信号線１２０に接続される。１つの行に含まれる１つ以上の撮像画素１０１のスイッチ素子１０３の制御電極は、１つの駆動線１１０に接続される。

検出画素１０４及び補正画素１０７も撮像画素１０１と同様の画素構成を有しており、対応する駆動線１１０及び対応する信号線１２０に接続される。検出画素１０４と補正画素１０７とは、信号線１２０に排他的に接続されている。すなわち、検出画素１０４が接続されている信号線１２０に補正画素１０７は接続されていない。また、補正画素１０７が接続されている信号線１２０に検出画素１０４は接続されていない。撮像画素１０１は、検出画素１０４又は補正画素１０７と同じ信号線１２０に接続されてもよい。

駆動回路１５０は、制御部１８０からの制御信号に従って、複数の駆動線１１０を通じて、駆動対象の画素に対して駆動信号を供給するように構成される。本実施形態では、駆動信号は、駆動対象の画素に含まれるスイッチ素子をオンにするための信号である。各画素のスイッチ素子は、ハイレベルの信号でオンとなり、ローレベルの信号でオフとなる。そのため、このハイレベルの信号を駆動信号と呼ぶ。画素に駆動信号が供給されることによって、この画素の変換素子に蓄積された信号が読み出し回路１６０によって読み出し可能な状態となる。駆動線１１０が検出画素１０４及び補正画素１０７の少なくとも一方に接続されている場合に、その駆動線１１０を検出駆動線１１１と呼ぶ。

読み出し回路１６０は、複数の信号線１２０を通じて複数の画素から信号を読み出すように構成される。読み出し回路１６０は、複数の増幅回路１６１と、１つ以上のマルチプレクサ１６２と、バッファ増幅器１６３と、アナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）１６４とを含む。複数の信号線１２０のそれぞれは、読み出し回路１６０の複数の増幅回路１６１のうち対応する増幅回路１６１に接続される。１つの信号線１２０は、１つの増幅回路１６１に対応する。増幅回路１６１は、信号線１２０からの信号を増幅し、マルチプレクサ１６２に自身の出力を供給する。マルチプレクサ１６２は、複数の増幅回路１６１を所定の順番で選択し、選択した増幅回路１６１からの信号をバッファ増幅器１６３に供給する。バッファ増幅器１６３は、マルチプレクサ１６２から供給された信号をインピーダンス変換し、アナログ信号をＡＤ変換器１６４へ供給する。ＡＤ変換器１６４は、供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。

撮像画素１０１から読み出された信号は、信号処理部１７０に供給され、信号処理部１７０によって演算、記憶などの処理がなされる。具体的に、信号処理部１７０は演算部１７１及び記憶部１７２を含んでおり、演算部１７１が撮像画素１０１から読み出された信号に基づいて放射線画像を生成し、制御部１８０へ供給する。信号処理部１７０、演算部１７１及び記憶部１７２は、それぞれ信号処理回路、演算回路及び記憶回路であってもよい。検出画素１０４及び補正画素１０７から読み出された信号は、信号処理部１７０に供給され、その演算部１７１によって演算、記憶などの処理がなされる。具体的に、信号処理部１７０は、検出画素１０４及び補正画素１０７から読み出された信号に基づいて、放射線撮像装置１００に対する放射線の照射を示す情報を出力する。例えば、信号処理部１７０は、放射線撮像装置１００に対する放射線の照射を検出したり、放射線の照射量及び／又は積算照射量を決定したりする。

制御部１８０は、信号処理部１７０からの情報に基づいて、駆動回路１５０及び読み出し回路１６０を制御する。制御部１８０は、制御回路であってもよい。制御部１８０は、信号処理部１７０からの情報に基づいて、例えば、露出（照射された放射線に対応する撮像画素１０１による電荷の蓄積）の開始及び終了を制御する。

放射線の照射量を決定するために、制御部１８０は、駆動回路１５０を制御することによって、検出駆動線１１１のみを走査し、検出画素１０４及び補正画素１０７からの信号だけを読み出し可能な状態にする。次に、制御部１８０は、読み出し回路１６０を制御することによって、検出画素１０４及び補正画素１０７に対応する画素列の信号を読み出し、放射線の照射量を示す情報として出力する。そのような動作により、放射線撮像装置１００は、検出画素１０４における照射情報を放射線照射中に得ることができる。

図２は、増幅回路１６１の詳細な回路構成例を示す。増幅回路１６１は、積分増幅器２０１と、可変増幅器２０２と、サンプルホールド回路２０３と、バッファアンプ２０４とを含む。積分増幅器２０１は、信号線１２０に現れた信号を増幅して出力する。制御部１８０は、積分増幅器２０１のスイッチ素子に制御信号φＲを供給することによって、信号線１２０の電位をリセットできる。積分増幅器２０１は、例えば、演算増幅器と、積分容量と、リセットスイッチとを含みうる。演算増幅器は、信号線１２０を介して提供される電気信号を受ける反転入力端子と、基準電源から基準電圧Ｖｒｅｆを受ける非反転入力端子と、出力端子とを有する。積分容量およびリセットスイッチは、反転入力端子と出力端子との間に並列に配置される。積分容量は、可変の容量値Ｃｆを有しうる。可変増幅器２０２は、積分増幅器２０１からの電気信号を増幅する。

可変増幅器２０２からの出力は、サンプルホールド回路２０３によって保持可能である。制御部１８０は、サンプルホールド回路２０３のスイッチ素子に制御信号φＳＨを供給することによって、サンプルホールド回路２０３に信号を保持させる。サンプルホールド回路２０３は、例えば、サンプリングスイッチと、サンプリング容量とによって構成されうる。サンプルホールド回路２０３は相関二重サンプリング回路の構成であってもよい。サンプルホールド回路２０３に保持された信号は、バッファアンプ２０４を介してマルチプレクサ１６２によって読み出される。

図３及び図４を参照して、放射線撮像装置１００の画素の構造例について説明する。図３は、放射線撮像装置１００における撮像画素１０１、検出画素１０４及び補正画素１０７の構成を示す平面図である。平面図は、放射線撮像装置１００の撮像領域ＩＲに平行な面への正投影と等価である。ハッチングで示すように、補正画素１０７の変換素子１０８の上に金属層が配置されており、この金属層によって変換素子１０８が遮光されている。

図４（ａ）は、図３のＡ－Ａ’線に沿った撮像画素１０１の断面図である。検出画素１０４の断面図は撮像画素１０１の断面図と同様である。ガラス基板等の絶縁性の支持基板４００の上にスイッチ素子１０３が配置されている。スイッチ素子１０３は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）であってもよい。スイッチ素子１０３の上に、層間絶縁層４０１が配置されている。層間絶縁層４０１の上に変換素子１０２が配置されている。この変換素子１０２は、光を電気信号に変換可能な光電変換素子である。変換素子１０２は、例えば電極４０２、ＰＩＮフォトダイオード４０３、電極４０４で構成される。変換素子１０２は、ＰＩＮ型のフォトダイオードであるかわりに、ＭＩＳ型のセンサによって構成されてもよい。

変換素子１０２の上に、保護膜４０５、層間絶縁層４０６、バイアス線１３０、保護膜４０７が順に配置されている。保護膜４０７の上に、不図示の平坦化膜及びシンチレータが配置されている。電極４０４は、コンタクトホールを介してバイアス線１３０に接続されている。電極４０４の材料として、光透過性を有するＩＴＯが用いられ、不図示のシンチレータで放射線から変換された光を透過可能である。

図４（ｂ）は、図３のＢ－Ｂ’線に沿った補正画素１０７の断面図である。補正画素１０７は、変換素子１０８が遮光部材４０８によって覆われている点で撮像画素１０１及び検出画素１０４とは異なり、他の点は同じであってもよい。遮光部材４０８は、例えばバイアス線１３０と同層の金属層によって形成される。補正画素１０７の変換素子１０８は遮光部材４０８によって覆われているので、放射線に対する補正画素１０７の感度は、撮像画素１０１及び検出画素１０４の感度と比べて著しく低い。補正画素１０７の変換素子１０８に蓄積される電荷は放射線に起因しないということもできる。

図５は、放射線撮像装置１００を含む放射線撮像システム５００の構成例を示す。放射線撮像システム５００は、放射線撮像装置１００と、放射線源５０１と、放射線源インタフェース５０２と、通信インタフェース５０３と、コントローラ５０４とを備える。

コントローラ５０４に、目標線量、照射上限時間（ｍｓ）、管電流（ｍＡ）、管電圧（ｋＶ）、放射線をモニタすべき領域である関心領域（ＲＯＩ）などが入力される。放射線源５０１に付属された曝射スイッチが操作されると、コントローラ５０４は、放射線撮像装置１００に開始要求信号を送信する。開始要求信号は、放射線の照射開始を要求する信号である。放射線撮像装置１００は、開始要求信号を受信したことに応じて、放射線の照射を受け入れる準備を開始する。放射線撮像装置１００は、放射線の照射の受け入れの準備が整ったら、通信インタフェース５０３を介して放射線源インタフェース５０２に開始可能信号を送信する。開始可能信号は、放射線の照射開始が可能であることを通知する信号である。放射線源インタフェース５０２は、開始可能信号を受信したことに応じて、放射線源５０１に放射線の照射を開始させる。

放射線撮像装置１００の制御部１８０は、例えば、関心領域（ＲＯＩ）に配置された検出画素１０４から読み出された信号の積分値が基準線量に到達したことに応じて、通信インタフェース５０３に放射を停止させるためのトリガ信号を送る。これに応答して、通信インタフェース５０３は、放射線源インタフェース５０２に曝射停止信号を送る。曝射停止信号を受け取った放射線源インタフェース５０２は、放射線源５０１に放射線の放射を停止させる。

基準線量は、目標線量、放射線照射強度、各ユニット間の通信ディレイ、処理ディレイ等に基づいて、制御部１８０によって決定されうる。放射線の照射時間が照射上限時間に達した場合に、放射線源５０１は、爆射停止信号の有無にかかわらず、放射線の照射を停止する。

本実施形態において、放射線撮像装置１００は、放射線を検出した結果として、放射を停止させるためのトリガ信号を通知しているが、放射の停止方法はこれに限られない。例えば、放射線撮像装置１００が、検出結果として到達線量の積算値を送信し、通信インタフェース５０３、もしくは放射線源インタフェース５０２が、基準線量と比較し、放射線源５０１を停止させるための信号を送る構成であってもよい。

放射線の照射停止後、放射線撮像装置１００は、撮像画素１０１のみが接続された駆動線１１０（検出駆動線１１１以外の駆動線１１０）を順次走査し、各撮像画素１０１の画像信号を読み出し回路１６０により読み出すことによって、放射線画像を取得する。検出画素１０４に蓄積された電荷は放射線の照射中に読み出されており、補正画素１０７は遮光されているため、これらの画素からの信号は放射線画像の形成に使用できない。そこで、放射線撮像装置１００の信号処理部１７０は、検出画素１０４及び補正画素１０７の周囲の撮像画素１０１の画素値を用いて補間処理を行うことによって、これらの画素の位置における画素値を補間する。

図６を参照して、放射線撮像装置１００の動作例について説明する。この動作は、駆動回路１５０及び読み出し回路１６０を制御する制御部１８０と、信号処理部１７０とが連携することによって実行される。図６において、「放射線」は、放射線撮像装置１００に放射線が照射されているか否かを示す。ローの場合に放射線が照射されておらず、ハイの場合に放射線が照射されている。「Ｖｇ１」～「Ｖｇｎ」は、駆動回路１５０から複数の駆動線１１０に供給される駆動信号を示す。「Ｖｇｋ」はｋ行目（ｋ＝１，．．．，駆動線の本数）の駆動線１１０に対応する。上述のように、複数の駆動線１１０の一部は、検出駆動線１１１とも呼ばれる。ｊ番目の検出駆動線１１１を「Ｖｄｊ」（ｊ＝１，．．．，検出駆動線の本数）と表す。φＳＨは、増幅回路１６１のサンプルホールド回路２０３に供給される制御信号のレベルを示す。φＲは、積分増幅器２０１のリセットスイッチに供給される制御信号のレベルを示す。「検出画素信号」は、検出画素１０４から読み出された信号の値を示す。「補正画素信号」は、補正画素１０７から読み出された信号の値を示す。「積算照射量」は、放射線撮像装置１００に照射された放射線の積算値を示す。この積算値の決定方法については後述する。

放射線撮像装置１００は時刻ｔ０でリセット動作を開始し、リセット動作を繰り返す。リセット動作とは、各画素の変換素子に蓄積した電荷を除去する動作のことであり、具体的には駆動線１１０に駆動信号を供給することによって各画素のスイッチ素子を導通状態にすることである。制御部１８０は、駆動回路１５０を制御することによって、１行目の駆動線１１０に接続された各画素をリセットする。続いて、制御部１８０は、２行目の駆動線１１０に接続された各画素をリセットする。制御部１８０は、この動作を最後の行の駆動線１１０まで繰り返す。

時刻ｔ１において、放射線撮像装置１００は、オフセット信号読み出し動作を開始する。オフセット信号読み出し動作とは、オフセット補正を行うための補正値（後述の補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃ）を決定するための信号を画素から読み出す動作のことである。制御部１８０は、検出画素１０４及び補正画素１０７から信号を読み出す読み出し動作を所定の回数だけ繰り返し実行する。

１回の読み出し動作において、駆動回路１５０は、複数の駆動線１１０のうち検出画素１０４及び補正画素１０７の少なくとも一方に接続された駆動線１１０（すなわち検出駆動線１１１）に駆動信号を同じタイミングで供給する。それによって、同じ信号線１２０に接続されている複数の画素からの信号が合わさって読み出し回路１６０に読み出される。オフセット信号読み出し動作において、駆動回路１５０は、複数の駆動線１１０のうち検出画素１０４及び補正画素１０７の何れにも接続されていない駆動線１１０に駆動信号を供給しない。

画素からの信号が読み出し回路１６０に読み出された後、制御部１８０は、制御信号φＳＨを一時的にハイレベルにすることによって、信号線１２０を通じて画素から読み出し回路１６０に読み出された信号をサンプルホールド回路２０３に保持する。制御部１８０は、この保持された信号を、マルチプレクサ１６２によって画素列ごとに順に信号処理部１７０へ読み出す。その後、制御部１８０は、制御信号φＲを一時的にハイレベルにすることによって、読み出し回路１６０（具体的にはその増幅回路１６１の積分増幅器２０１）をリセットする。撮像領域ＩＲ内に関心領域が設定されている場合に、制御部１８０は、この関心領域に含まれない検出画素１０４から信号を読み出さなくてもよい。

読出し動作を実行する所定の回数が１回の場合に、１回の読み出し動作においてｉ番目（ｉ＝１，．．．，信号線の本数）の信号線１２０から読み出された信号を信号値Ｏｉと表す。読出し動作を実行する所定の回数が複数回の場合に、複数回の読み出し動作においてｉ番目の信号線１２０から読み出された複数個の信号の平均値を信号値Ｏｉと表す。平均値に代えて中央値などの他の統計値が用いられてもよい。以下に説明する他の値の平均値についても、中央値などの他の統計値が用いられてもよい。

複数の信号線１２０は複数の画素列に対応して配置されているため、信号線１２０の順番（ｉ）は、画素列の順番も示す。そこで、以下ではこの順番（ｉ）を列番号と呼ぶこともある。また、複数の信号線１２０のそれぞれに増幅回路１６１が接続されているため、信号線１２０の順番（ｉ）は、増幅回路１６１の順番も示す。検出画素１０４と補正画素１０７とは排他的に信号線１２０に接続されているので、読み出し回路１６０は、感度の異なる画素の信号を分離して読み出せる。ｉ番目の画素列が少なくとも１つの検出画素１０４を含む場合に、信号値Ｏｉを信号値Ｏｄｉと表す。ｉ番目の画素列が少なくとも１つの補正画素１０７を含む場合に、信号値Ｏｉを信号値Ｏｃｉと表す。

信号処理部１７０は、複数の画素列のうち複数の検出画素１０４を含む複数の画素列の信号値Ｏｄｉに基づいて１つの補正値Ｏｄを決定する。例えば、信号処理部１７０は、複数の画素列についての信号値Ｏｄｉを平均することによって補正値Ｏｄを決定してもよい。同様に、信号処理部１７０は、複数の画素列のうち複数の補正画素１０７を含む複数の画素列の信号値Ｏｃｉに基づいて１つの補正値Ｏｃを決定する。例えば、信号処理部１７０は、複数の画素列についての信号値Ｏｃｉを平均することによって補正値Ｏｃを決定してもよい。複数の画素列の信号値を平均することによって、信号値に含まれるノイズを低減できる。信号処理部１７０は、このようにして決定した補正値Ｏｄ、Ｏｃを記憶部１７２に格納し、後続の処理に使用可能にする。

信号処理部１７０は、撮像領域ＩＲにＲＯＩが設定されている場合に、対象の画素列のうちＲＯＩに含まれる画素列の信号値のみを平均してもよい。信号処理部１７０は、ＲＯＩが複数設定されている場合に、対象の画素列の信号値を、ＲＯＩごとに平均化してもよい（すなわち、ＲＯＩごとの１つの補正値Ｏｄ及び１つの補正値Ｏｃが決定される）。さらに、信号処理部１７０は、１つのＲＯＩを複数の領域に分け、領域ごとに対象の画素列の信号値を平均してもよい。

所定の回数の読み出し動作を行った後、時刻ｔ２において、放射線撮像装置１００は、リセット動作の反復を開始する。時刻ｔ３において、制御部１８０は、放射線照射の開始要求信号を受信すると、最終行までリセット動作を行った後、時刻ｔ４から読み出し動作の反復を開始する。ここで行われる読み出し動作は、オフセット信号読み出し動作における読出し動作と同じであってもよい。そして、制御部１８０は、時刻ｔ５で開始可能信号を送信する。これに応じて、時刻ｔ６で放射線の照射が開始される。

これにかえて、放射線撮像装置１００は、リセット動作から読み出し動作に移行後、所定の時間(例えば、数ｍｓ～数十ｍｓ)が経過してから開始可能信号を送信してもよい。これによって、動作切替直後の出力変動が大きい期間に信号を読み出すことを抑制できる。

時刻ｔ６以降、制御部１８０は、放射線撮像装置１００に照射中の放射線の量を決定するための決定動作を開始する。決定動作において、制御部１８０は、検出画素１０４及び補正画素１０７から信号を読み出す読み出し動作を繰り返し実行する。繰り返される読み出し動作は、各時点の放射線の量を継続的に決定するために行われる。

具体的に、各読み出し動作において、駆動回路１５０は、複数の駆動線１１０のうち検出画素１０４及び補正画素１０７の少なくとも一方に接続された駆動線１１０（すなわち検出駆動線１１１）に駆動信号を同時に（すなわち同じタイミングで）供給する。それによって、同じ信号線１２０に接続されている複数の画素からの信号が合わさって読み出し回路１６０に読み出される。オフセット信号読み出し動作において、駆動回路１５０は、複数の駆動線１１０のうち検出画素１０４及び補正画素１０７の何れにも接続されていない駆動線１１０に駆動信号を供給しない。

画素からの信号が読み出し回路１６０に読み出された後、制御部１８０は、制御信号φＳＨを一時的にハイレベルにすることによって、信号線１２０を通じて画素から読み出し回路１６０に読み出された信号をサンプルホールド回路２０３に保持する。制御部１８０は、この保持された信号を、マルチプレクサ１６２によって画素列ごとに順に信号処理部１７０へ読み出す。その後、制御部１８０は、制御信号φＲを一時的にハイレベルにすることによって、読み出し回路１６０（具体的にはその増幅回路１６１の積分増幅器２０１）をリセットする。撮像領域ＩＲ内に関心領域が設定されている場合に、制御部１８０は、この関心領域に含まれない検出画素１０４から信号を読み出さなくてもよい。

読み出し動作においてｉ番目（ｉ＝１，．．．，信号線の本数）の信号線１２０から読み出された信号を信号値Ｓｉと表す。ｉ番目の画素列が少なくとも１つの検出画素１０４を含む場合に、信号値Ｓｉを信号値Ｓｄｉと表す。ｉ番目の画素列が少なくとも１つの補正画素１０７を含む場合に、信号値Ｓｉを信号値Ｓｃｉと表す。

信号処理部１７０は、複数の画素列のうち複数の検出画素１０４を含む複数の画素列の信号値Ｓｄｉに基づいて１つの信号値Ｓｄを決定する。例えば、信号処理部１７０は、複数の画素列についての信号値Ｓｄｉを平均することによって信号値Ｓｄを決定してもよい。信号値Ｓｄは、放射線量に応じて変化する。同様に、信号処理部１７０は、複数の画素列のうち複数の補正画素１０７を含む複数の画素列の信号値Ｓｃｉに基づいて１つの信号値Ｓｃを決定する。例えば、信号処理部１７０は、複数の画素列についての信号値Ｓｃｉを平均することによって信号値Ｓｃを決定してもよい。信号値Ｓｃは、放射線による影響をほとんど受けない。

信号処理部１７０は、撮像領域ＩＲにＲＯＩが設定されている場合に、対象の画素列のうちＲＯＩに含まれる画素列の信号値を平均してもよい。信号処理部１７０は、ＲＯＩが複数設定されている場合に、対象の画素列の信号値を、ＲＯＩごとに平均化してもよい（すなわち、ＲＯＩごとの１つの補正値Ｏｄ及び１つの補正値Ｏｃが決定される）。さらに、信号処理部１７０は、１つのＲＯＩを複数の領域に分け、領域ごとに対象の画素列の信号値を平均してもよい。

その後、信号処理部１７０は、信号値Ｓｄ、信号値Ｓｃ、補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを以下の式（１）に適用することによって、照射量ＤＯＳＥを算出する。
ＤＯＳＥ＝（Ｓｄ－Ｏｄ）－（Ｓｃ－Ｏｃ） …式（１）
この式では、放射線の成分を有する信号値Ｓｄが、信号値Ｓｃ、補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを用いて補正されている。

信号処理部１７０は、式（１）に代えて、信号値Ｓｄ、信号値Ｓｃ、補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを以下の式（２）に適用することによって、ＤＯＳＥを算出してもよい。
ＤＯＳＥ＝Ｓｄ－Ｏｄ×Ｓｃ／Ｏｃ …式（２）
この式でも、放射線の成分を有する信号値Ｓｄが、信号値Ｓｃ、補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを用いて補正されている。

検出画素１０４から読み出される信号は、温度環境等で変化したり、図６に示すように、リセット動作の終了直後（時刻ｔ４の直後）に大きく時間変化し、時間の経過とともに（例えば１００ｍｓ程度で）安定したりする。そのため、検出画素１０４から得られる信号値Ｓｄ及び補正値Ｏｄだけを用いてＤＯＳＥを算出しても、オフセット量を十分に除去できない。

本実施形態では、補正画素１０７から読み出された信号値Ｓｃ及び補正値Ｏｃをさらに用いて照射量ＤＯＳＥを決定する。補正画素１０７は放射線に対する感度が非常に低いため、放射線の照射開始後に補正画素１０７から読み出された信号の値Ｓｃは、検出画素１０４から読み出された信号値Ｓｄのオフセット成分を表すとみなせる。さらに、本実施形態では、放射線の照射開始前に検出画素１０４及び補正画素１０７から読み出された信号に基づく補正値Ｏｄ及びＯｃを用いて照射量ＤＯＳＥを決定している。それによって、各画素の固有の特性違い（検出回路のチャネルの差異、各画素寄生抵抗、寄生容量の差異など）を補正できる。

時刻ｔ７で積算照射量が基準線量に到達すると、制御部１８０は、放射を停止させるためのトリガ信号を送信する。これに応答して、時刻ｔ８で、放射線の照射が停止される。

補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃは、センサの温度環境等で変化してしまうことがある。そのため、放射線撮像装置１００は、補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを定期的に（例えば、放射線撮像装置１００の起動ごとに）更新してもよい。図６の例で、放射線撮像装置１００は、放射線照射の開始要求信号の受信前に補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを決定する。これにかえて、放射線撮像装置１００は、放射線照射の開始要求信号の受信後に補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを決定してもよい。この場合に、制御部１８０は、補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃを決定した後に放射線源インタフェース５０２へ開始可能信号を送信し、これに応じて放射線の照射が開始される。補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃの決定は、放射線の照射開始前であればいつ行われてもよい。例えば、放射線撮像装置１００の製造出荷時や、使用する設備への設置時、又は使用前の起動時に補正値Ｏｄ及び補正値Ｏｃが決定され記憶されてもよい。

図７及び図８を参照して、検出画素１０４及び補正画素１０７の配置の具体例について説明する。これらの図では検出画素１０４及び補正画素１０７の配置を明確にするため、撮像画素１０１を省略する。また、読み出し回路１６０の構成要素のうち、積分増幅器２０１、サンプルホールド回路２０３及びマルチプレクサ１６２を示し、他の構成要素を省略する。

図７の例では、撮像領域ＩＲの一部に関心領域ＲＯＩ＿Ａ～ＲＯＩ＿Ｅが設定されている。図８の例では、撮像領域ＩＲの一部に関心領域ＲＯＩ＿Ａ及びＲＯＩ＿Ｂが設定されている。関心領域とは、ＡＥＣでモニタされる領域であり、この関心領域のそれぞれに検出画素１０４が配置される。１つの関心領域は、数センチメートルから十数センチメートルの長方形（正方形を含む）の領域であってもよい。１つの関心領域の幅及び高さはともに、数百～千数百程度の画素を含んでもよい。

図７及び図８の例で、検出画素１０４は関心領域内にのみ配置されており、それ以外の領域に配置されていない。一方、補正画素１０７は、関心領域内と、それ以外の領域との両方に配置されている。これにかえて、検出画素１０４及び補正画素１０７は関心領域内にのみ配置されており、それ以外の領域に配置されていなくてもよい。

上述したように、検出画素１０４と補正画素１０７とは信号線１２０に排他的に接続されている。言い換えると、検出画素１０４は、撮像領域ＩＲに配置された複数の画素列のうち、補正画素１０７を含まない画素列に含まれる。また、撮像領域ＩＲに配置された複数の画素列は、複数の検出画素１０４の何れかを含みかつ複数の補正画素１０７の何れも含まない画素列を含む。

図７及び図８に示すように、読み出し回路１６０の内部構造は周期を有する。具体的に、読み出し回路１６０の複数の積分増幅器２０１の回路パターンは周期的に変化している。図の例では、マルチプレクサ１６２に対する積分増幅器２０１の相対位置（例えば、距離）が４個単位（４チャネル単位）で変化している。すなわち、複数の積分増幅器２０１の回路パターンは４周期の周期性を有する。したがって、読み出し回路１６０の周期は、複数の積分増幅器２０１の回路パターンと同じ４であるとみなしうる。

また、図７及び図８に示すように、読み出し回路１６０の複数のサンプルホールド回路２０３の回路パターンが周期的に変化している。図の例では、マルチプレクサ１６２に対するサンプルホールド回路２０３の相対位置（例えば、距離）が４個単位（４チャネル単位）で変化している。すなわち、複数のサンプルホールド回路２０３の回路パターンは４周期の周期性を有する。したがって、読み出し回路１６０の周期は、複数のサンプルホールド回路２０３の回路パターンと同じ４であるとみなしうる。

さらに、図７及び図８に示すように、１つのマルチプレクサ１６２に対して複数（図の例では８個）の積分増幅器２０１からの出力が供給される。マルチプレクサ１６２も固有の特性を有しうる。そのため、読み出し回路１６０の周期は、１つのマルチプレクサ１６２に出力を供給する積分増幅器２０１の個数と同じ８であるとみなされてもよい。

読み出し回路の周期は、複数の積分増幅器２０１の回路パターンのみに基づいて決定されてもよい。この場合に、上述の例で、読み出し回路の周期は４となる。読み出し回路の周期は、複数のサンプルホールド回路２０３の回路パターンのみに基づいて決定されてもよい。この場合に、上述の例で、読み出し回路の周期は４となる。読み出し回路の周期は、１つのマルチプレクサ１６２に出力を供給する積分増幅器２０１の個数のみに基づいて決定されてもよい。この場合に、上述の例で、読み出し回路の周期は８となる。読み出し回路の周期は、これらの複数の要素に基づいて決定されてもよい。例えば、読み出し回路の周期は、これらの複数の要素の周期の最大公約数であってもよい。上述の例では、複数の積分増幅器２０１の回路パターンの周期が４であり、複数のサンプルホールド回路２０３の回路パターンの周期が４であり、１つのマルチプレクサ１６２に出力を供給する積分増幅器２０１の個数が８である。そこで、これらの最大公約数の４を読み出し回路の周期とみなしてもよい。

図７及び図８の例では読み出し回路１６０の周期が４である場合を説明したが、読み出し回路１６０の周期は２以上の他の値であってもよい。例えば、読み出し回路１６０の周期は、４以外の他の２のべき乗であってもよいし、他の値であってもよい。

読み出し回路１６０の内部構造の周期性に応じて、読み出し回路１６０の特性（例えば、温度変化に対する各増幅回路１６１のオフセットレベルの変化量）も周期性を有しうる。これは、回路の既成容量・寄生抵抗等のばらつきに起因すると考えられる。

上述したように、式（１）及び式（２）において、補正値Ｏｃに基づいて信号値Ｓｄが補正される。補正値Ｏｃは、補正画素１０７を含む複数の画素列から読み出された複数の信号値Ｏｃｉに基づいて（例えば平均によって）決定される。複数の補正画素１０７を含む画素列が、読み出し回路１６０の周期と同じ周期を有する場合に、補正値Ｏｃは、同じ特性を有するチャネル（言い換えると、列番号を周期で割った値が同じになるチャネル）からの信号値Ｏｃｉに基づいて決定されることになる。そのため、信号値Ｏｃｉの読み出しの特性が偏ってしまい、信号値Ｓｄの補正の精度が低下する。

そこで、一部の実施形態において、複数の補正画素１０７は、複数の補正画素１０７を含む画素列の列番号を読み出し回路１６０の周期で割った余りが２種類以上となるように配置されている。このように配置することによって、補正値Ｏｃは、２種類以上の特性のチャネルからの信号値Ｏｃｉに基づいて決定されるため、信号値Ｓｄの補正の精度が向上する。さらに、複数の補正画素１０７は、複数の補正画素１０７を含む画素列の列番号を読み出し回路１６０の周期で割った余りが読み出し回路１６０の周期と同数の種類となるように配置されてもよい。これによって、補正値Ｏｃは、すべての特性のチャネルからの信号値Ｏｃｉに基づいて決定されるため、信号値Ｓｄの補正の精度がさらに向上する。

補正画素１０７を含む画素列は、撮像領域ＩＲを構成する複数の画素列において、周期的に配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。図８の例で、補正画素１０７を含む画素列は、周期３となるように配置されている。そのため、複数の補正画素１０７を含む画素列の列番号を読み出し回路１６０の周期の４で割った余りは、４種類（０、１、２、又は３）となる。この例では、読み出し回路１６０の周期（図８の例では、４）と、補正画素１０７を含む画素列の列番号の周期（図８の例では、３）とが互いに素である。この場合に、複数の補正画素１０７を含む画素列の列番号を読み出し回路１６０の周期で割った余りが読み出し回路１６０の周期と同数の種類となる。複数の補正画素１０７を含む画素列の列番号は、３以外の値であってもよく、例えば他の奇数であってもよいし、他の値であってもよい。

図９は、図８に示した読み出し回路１６０の特性の周期的変化を示す。図９（ａ）及び図９（ｂ）では、横軸に列番号をとり、縦軸に各列番号に対応する増幅回路１６１の温度特性を示す。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、温度特性は周期４の周期性を有している。図９（ａ）は、比較例として、補正画素１０７を周期４で配置した場合を示す。この場合に、温度特性の１種類のチャネルのみが使用されるため、補正値Ｏｃの決定に使用される信号値Ｏｃｉの特性が偏ってしまう。一方、図９（ｂ）は、図８のように、補正画素１０７を周期３で配置した場合を示す。この場合に、温度特性のすべての種類のチャネルが使用されるため、補正値Ｏｃの決定に使用される信号値Ｏｃｉの特性が偏らない。

上述の実施形態では、検出画素１０４から得られた信号値Ｓｄを、補正画素１０７から得られた補正値Ｏｃを使用して補正する例について説明した。上述の実施形態は、それ以外の補正についても使用されてもよい。例えば、図６の時刻ｔ８以降に撮像画素１０１から得られた信号値を補正するために、補正画素１０７から得られた補正値Ｏｃが使用されてもよい。この場合に、撮像画素１０１は、補正画素１０７と同じ画素列に含まれていてもよい。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００ 放射線撮像装置、１０１ 撮像画素、１０４ 検出画素、１０７ 補正画素、１１０ 駆動線、１１１ 検出駆動線、１２０ 信号線、１５０ 駆動回路、１６０ 読み出し回路、１７０ 信号処理部、１８０ 制御部

Claims (10)

1. 放射線撮像装置であって、
   複数の画素行及び複数の画素列を構成するように配置され、複数の第１画素と、前記複数の第１画素よりも放射線に対する感度が低い複数の第２画素とを含む、複数の画素と、
   前記複数の画素列に対応して配置された複数の信号線と、
   前記複数の信号線を通じて前記複数の画素から信号を読み出す読み出し回路と、
   前記複数の第２画素から読み出された複数の信号を用いて補正値を決定し、前記複数の第１画素から読み出された複数の信号を、前記補正値を用いて補正する処理部と、を備え、
   前記読み出し回路の内部構造は周期を有し、
   前記複数の第２画素は、前記複数の第２画素を含む画素列の列番号を前記周期で割った余りが２種類以上となるように配置されている、放射線撮像装置。
2. 前記複数の画素列は、前記複数の第１画素の何れかを含みかつ前記複数の第２画素の何れも含まない画素列を含む、請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記複数の第１画素は、前記複数の画素列のうち前記複数の第２画素を含まない画素列に含まれる、請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記複数の第２画素は、前記複数の第２画素を含む画素列の列番号を前記周期で割った余りが前記周期と同数の種類となるように配置されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の第２画素を含む画素列の列番号は周期を有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記読み出し回路の前記周期と、前記複数の第２画素を含む画素列の列番号の周期とは、互いに素である、請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記読み出し回路は、前記複数の信号線からの信号を増幅する複数の増幅器を有し、
   前記読み出し回路の前記周期は、前記複数の増幅器の回路パターンに基づく、請求項１乃至６の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記読み出し回路は、前記複数の信号線からの信号を保持する複数のサンプルホールド回路を有し、
   前記読み出し回路の前記周期は、前記複数のサンプルホールド回路の回路パターンに基づく、請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記読み出し回路は、
   前記複数の信号線からの信号を増幅する複数の増幅器と、
   前記複数の増幅器の出力が供給される１つ以上のマルチプレクサと、を含み、
   前記読み出し回路の前記周期は、１つのマルチプレクサに出力を供給する増幅器の個数に基づく、請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記処理部は、前記複数の第１画素から読み出され、前記補正値を用いて補正された前記複数の信号に基づいて、前記放射線撮像装置に照射中の放射線の量を決定する、請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像装置。

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