JP2022176882A - Radiation imaging device and radiation imaging system - 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システムに関する。 The present invention relates to a radiation imaging apparatus and a radiation imaging system.
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(FPD)を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。FPDを用いた撮影方法のひとつに、エネルギ成分が異なる放射線を用いてエネルギサブトラクション画像を取得する方法が知られている。特許文献1には、連続する2回の撮影のうち1回目では、低線量でダイナミックレンジが小さく、かつ分解能が低いモードで読み出しを行い、2回目では、高線量でダイナミックレンジが大きく、かつ分解能が高いモードで読み出しを行うことが示されている。1回目の撮影をダイナミックレンジが小さく、分解能が低いモードで読み出すことによって、2回の撮影の時間間隔を短くし、被写体の体動によるエネルギサブトラクション画像のモーションアーチファクトが低減できる。また、特許文献1には、トモシンセシスのように高速で多数のフレームを取得する場合においても、低線量でダイナミックレンジが小さく、分解能が低いモードを使用することが示されている。
2. Description of the Related Art Radiation imaging apparatuses using flat panel detectors (FPDs) made of semiconductor materials are widely used in medical image diagnosis and non-destructive inspection. As one of imaging methods using an FPD, a method of acquiring an energy subtraction image using radiation having different energy components is known. In
エネルギサブトラクション画像用に取得した2つの画像や、動画用など連続して取得した多数の画像のうち1つの画像を、ユーザが診断用に使用する場合が考えられる。しかしながら、特許文献1のようにダイナミックレンジが小さく、かつ分解能が低いモードで読み出された画像は、診断に用いるには画質が不十分な可能性がある。
It is conceivable that the user uses two images acquired for energy subtraction images or one image out of a large number of continuously acquired images such as for moving images for diagnosis. However, an image read out in a mode with a small dynamic range and low resolution as in
本発明は、放射線撮像装置において、良好な画質の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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an advantageous technique for obtaining an image of good image quality in a radiation imaging apparatus.
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、入射した放射線に応じた信号を生成する複数の画素が配された画素アレイと、前記画素アレイから信号を読み出す読出回路と、を含み、第1モードおよび前記第1モードよりも撮影と撮影との間の時間が長い第2モードを含む複数のモードで動作する放射線撮像装置であって、前記読出回路は、前記画素アレイから読み出した信号を増幅する積分増幅器と、前記積分増幅器によって増幅された信号を保持するサンプルホールド回路と、を含み、前記積分増幅器は、前記サンプルホールド回路の入力ノードを駆動する電流駆動能力を切替可能に構成されており、前記第1モードにおける前記電流駆動能力が、前記第2モードにおける前記電流駆動能力よりも高いことを特徴とする。 In view of the above problems, a radiation imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a pixel array in which a plurality of pixels that generate signals corresponding to incident radiation are arranged; a readout circuit that reads out signals from the pixel array; and operating in a plurality of modes including a first mode and a second mode having a longer time between imaging than the first mode, wherein the readout circuit is configured to read from the pixel array An integral amplifier that amplifies a read signal, and a sample-and-hold circuit that holds the signal amplified by the integral amplifier, wherein the integral amplifier is capable of switching a current driving capability for driving an input node of the sample-and-hold circuit. wherein the current driving capability in the first mode is higher than the current driving capability in the second mode.
上記手段によって、放射線撮像装置において、良好な画質の画像を得るために有利な技術を提供する。 The means described above provide an advantageous technique for obtaining an image of good image quality in a radiation imaging apparatus.
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、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はない。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。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims. Although multiple features are described in the embodiments, not all of these multiple features are essential to the invention, and multiple features may be combined arbitrarily. Furthermore, in the accompanying drawings, the same or similar configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
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。 Radiation in the present invention includes alpha rays, beta rays, and gamma rays, which are beams produced by particles (including photons) emitted by radioactive decay, as well as beams having energy equal to or higher than the same level, such as X rays. It can also include rays, particle rays, and cosmic rays.
図1~7を参照して、本実施形態による放射線撮像装置の構成、および、動作について説明する。図1には、本実施形態における放射線撮像装置100を用いた放射線撮像システムRIS(Radiology Information System)の構成例が示されている。放射線撮像システムRISは、放射線を被検体に照射し、被検体を透過した放射線を検出することによって、被検体の放射線画像を取得する。放射線撮像システムRISは、例えば、放射線撮像装置100、制御装置111、放射線源112、曝射制御装置113を含む。曝射制御装置113は、ユーザが曝射スイッチを押下するなどの曝射命令に従って放射線源112に放射線を発生させる。制御装置111は、ユーザが設定する撮影条件などに従って放射線撮像装置100を制御する。また、制御装置111は、放射線撮像装置100から出力される放射線画像用の信号を取得し、表示装置(不図示)に表示する画像を生成、処理する画像処理用のプロセッサとして機能してもよい。さらに、制御装置111は、ユーザが設定する撮影条件などに従って曝射制御装置113を制御する。
The configuration and operation of the radiation imaging apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration example of a radiation imaging system RIS (Radiology Information System) using a
放射線撮像装置100は、放射線画像を撮像する撮像部104、制御装置111との通信を行う通信部107、撮像部104を制御する制御部106、撮像部104に電力を供給する電源部108を含みうる。また、放射線撮像装置100は、撮像部104から出力された画像を解析する解析部109、画像の演算処理を行う処理部105を含みうる。放射線撮像装置100の構成要素のうち一部は、制御装置111に組み込まれていてもよいし、放射線撮像装置100および制御装置111は、一体化されてもよい。例えば、図1に示された構成例において、放射線撮像装置100に配されている解析部109および処理部105が、制御装置111に組み込まれていてもよい。
The
撮像部104は、例えば、画素アレイ101、走査回路102、読出回路103を含みうる。画素アレイ101には、複数の行および複数の列を構成するように、入射した放射線に応じた信号を生成する複数の画素PIXが配されている。走査回路102は、複数のモード(撮影モード)のうち選択されたモードに従って画素アレイ101を走査する。読出回路103は、画素アレイ101から信号を読み出す。より具体的には、読出回路103は、画素アレイ101に配された複数の行のうち走査回路102によって選択された行の画素PIXから信号を読み出す。画素アレイ101から信号を読み出すとは、読出回路103が、画素アレイ101のそれぞれの画素PIXから出力される信号を処理し、出力された信号に対応する信号データを出力することを意味しうる。
The
図2には、放射線撮像装置100の画素アレイ101の構成例が示されている。図3には、放射線撮像装置100の読出回路103の構成例が示されている。複数の画素PIXのそれぞれは、放射線または光を信号(電荷)に変換する変換素子201と、生成された信号を読出回路に出力するためのスイッチ素子と、を含む。一例において、変換素子201は、変換素子201に照射された光を電荷に変換する光電変換素子であり、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PIN型フォトダイオードまたはMIS型フォトダイオードである。この場合、変換素子201として、放射線を光電変換素子が検知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体(シンチレータ)が、さらに配されうる。この場合、変換素子201は、間接型の変換素子と呼ばれうる。また、変換素子201として、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。
FIG. 2 shows a configuration example of the
スイッチ素子202として、制御端子および2つの主端子を有するトランジスタ、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)が用いられうる。変換素子201の一方の電極は、スイッチ素子202の2つの主端子のうち一方に電気的に接続され、変換素子201の他方の電極は、共通のバイアス線Vsを介して電源部108に電気的に接続される。図2では、変換素子201を相互に区別するために、変換素子201にSij(iは行の番号、jは列の番号を示す。)の符号が付されている。また、スイッチ素子202を相互に区別するために、スイッチ素子202にTij(iは行の番号、jは列の番号を示す)の符号が付されている。
A transistor having a control terminal and two main terminals, such as a thin film transistor (TFT), can be used as the
1つの行を構成する複数の画素PIXのスイッチ素子202の制御端子には、当該行の駆動線Gi(iは行の番号。)に接続されている。例えば、第1行を構成する複数の画素PIXのスイッチ素子202(T11~T1n)の制御端子は、第1行の駆動線G1に電気的に接続されている。したがって、走査回路102が画素アレイ101に配された複数の画素PIXを駆動する最小単位は、1つの行を構成する画素PIXである。
The control terminals of the
1つの列を構成する複数の画素PIXのスイッチ素子202の他方の主端子は、当該列の信号線Sigj(jは列の番号。)に接続されている。例えば、第1列を構成する複数の画素PIXのスイッチ素子202(T11~Tm1)の主端子は、第1列の信号線Sig1に電気的に接続されている。スイッチ素子202が導通状態である間に、変換素子201で生成された電荷に応じた信号が、信号線Sigを介して読出回路103に出力される。複数の信号線Sig1~Signのそれぞれは、読出回路103に電気的に接続される。
The other main terminals of the
読出回路103は、画素アレイ101から信号線Sig1~Signのそれぞれを介して並列に出力された複数の信号をそれぞれ増幅する複数の増幅回路300を含む。複数の増幅回路300のそれぞれは、複数の信号線Sigのそれぞれに対応して配されうる。読出回路103の増幅回路300は、画素アレイ101から読み出した信号を増幅する積分増幅器302と、積分増幅器302によって増幅された信号を保持するサンプルホールド回路303と、を含む。さらに、増幅回路300は、バッファアンプ304およびバッファアンプ305を含みうる。バッファアンプ304およびバッファアンプ305は、サンプルホールド回路303から出力された信号をバッファリングする。
The
積分増幅器302は、例えば、画素アレイ101とサンプルホールド回路303との間に並列に配された演算増幅器311と帰還容量312とリセットスイッチ313とを含みうる。演算増幅器311は、信号線Sigを介して供給される信号を受ける反転入力端子と、基準電源110から基準電圧Vrefを受ける非反転入力端子と、出力端子と、を備える。帰還容量312およびリセットスイッチ313は、演算増幅器311の反転入力端子と出力端子との間に並列に配される。帰還容量312は、可変の容量値Cfを有しうる。換言すると、帰還容量312は、容量値Cfを切替可能に構成されている。
Integrating
サンプルホールド回路303は、相関二重サンプリング(CDS:correlated double sampling)をそれぞれ行うCDS回路341およびCDS回路342を含む。CDS回路341は、保持回路323と保持回路324とを備え、信号線Sigを介して供給される信号に基づいてCDSを行う。バッファアンプ304は、差動アンプによって構成されており、保持回路323からの出力と保持回路324からの出力とを差動増幅して出力する。CDS回路342は、保持回路333と保持回路334とを備え、信号線Sigを介して供給される信号に基づいてCDSを行う。バッファアンプ305は、差動アンプによって構成されており、保持回路333からの出力と保持回路334からの出力を差動増幅して出力する。
The sample and hold
保持回路323は、スイッチ325とコンデンサ326とを含みうる。保持回路323は、積分増幅器302から供給される信号を抵抗素子322とコンデンサ326とによって構成されるローパスフィルタによる処理を行った上で保持する。抵抗素子322は、スイッチ321によって選択的に有効または無効を設定可能である。保持回路324は、スイッチ327とコンデンサ328とを含みうる。保持回路324は、積分増幅器302から供給される信号を抵抗素子322とコンデンサ328とによって構成されるローパスフィルタによる処理を行った上で保持する。抵抗素子322は、スイッチ321によって選択的に有効または無効を設定可能である。
同様に、保持回路333は、スイッチ335とコンデンサ336とを含みうる。保持回路333は、積分増幅器302から供給される信号を抵抗素子322とコンデンサ336とによって構成されるローパスフィルタによる処理を行った上で保持する。抵抗素子322は、スイッチ321によって選択的に有効または無効を設定可能である。保持回路334は、スイッチ337とコンデンサ338とを含みうる。保持回路334は、積分増幅器302から供給される信号を抵抗素子322とコンデンサ338とによって構成されるローパスフィルタによる処理を行った上で保持する。抵抗素子322は、スイッチ321によって選択的に有効または無効を設定可能である。
Similarly, holding
図3に示される構成において、サンプルホールド回路303には、2つのCDS回路341、342が配されている。例えば、奇数行に配された画素PIXの信号が、CDS回路341で保持され、偶数行に配された画素PIXの信号が、CDS回路342で保持されてもよい。サンプルホールド回路303の構成は、図3に示される構成に限られることはなく、CDS回路が1つだけ配される構成であってもよい。また、サンプルホールド回路303に3つ以上のCDS回路が配されていてもよい。さらに、CDSを読出回路103で実施しない場合、スイッチとコンデンサとが1組のみ、サンプルホールド回路303に配されていてもよい。
In the configuration shown in FIG. 3, the sample and hold
読出回路103は、さらに、マルチプレクサ306、バッファ増幅器307、A/D変換器308を含みうる。マルチプレクサ306は、複数の増幅回路300から並列に出力される信号を順番に選択して出力する。バッファ増幅器307は、マルチプレクサ306から出力される信号をインピーダンス変換し、アナログ電気信号の信号データVoutとして出力する。A/D変換器308は、バッファ増幅器307から出力された信号データVoutをデジタル電気信号の信号データに変換し、処理部105および解析部109に供給する。
上述の信号データの検出が信号線Sig1から信号線Signまで、それぞれ接続された読出回路103ごとに行われ、1行分の画像信号が検出される。この動作が、駆動線G1に接続された画素PIXから駆動線Gmに接続された画素PIXまで繰り返されることによって、放射線撮像装置100の画素アレイ101の全面のデジタル画像の信号データが生成される。
The detection of the signal data described above is performed for each
次に、図4(a)、4(b)を用いて放射線撮像装置100の動作を説明する。図4(a)、4(b)は、放射線撮像装置100の撮像動作を説明するためのタイミング図である。本実施形態において、放射線撮像装置100は、行単位で画素PIXの出力動作を行う。ここで、1フレームの期間は、蓄積期間と読出期間とを含む。蓄積期間は、照射された放射線に応じた信号(電荷)を複数の画素PIXのそれぞれが蓄積する蓄積動作を行う期間である。読出期間は、走査回路102が複数の行(駆動線G)を順番に走査し、読出回路103が画素アレイ101から1フレーム分の信号を読み出す読出動作を行う期間である。
Next, the operation of the
また、放射線撮像装置100は、曝射スイッチがユーザによって押下されて放射線が照射されるまで、画素リセット動作を繰り返し行っている。画素リセット動作は、読出期間に行われる読出動作と同様に、走査回路102が行単位の走査を繰り返すことによって、放射線撮像装置100の画素アレイ101に配されたそれぞれの画素PIXをリセットする動作である。
Further, the
ユーザによって曝射スイッチが押下されると、画素アレイ101に放射線が照射され、変換素子201(S11~Smn)には照射された放射線に応じた電荷が生成される。次に、放射線撮像装置100は、以下に示す読出回路103の積分増幅器302のリセット動作を開始する。具体的には、制御部106から制御信号RSTがリセットスイッチ313に与えられることによって帰還容量312がリセットされ、信号の伝送経路である積分増幅器302がリセットされる。次いで、リセットスイッチ313が非導通状態になることによって、リセット動作が終了する。ここで、積分増幅器302のリセット動作は、リセットスイッチ313が導通状態を維持している間の動作であり、伝送経路の電位を規定された初期値に戻す動作である。
When the user presses the exposure switch, the
次に、放射線撮像装置100は、以下に示すノイズ成分サンプルホールド動作を開始する。制御部106からサンプルホールド回路303に制御信号ODDCDS1が供給される。制御信号ODDCDS1の供給に従って、CDS回路341の保持回路323のスイッチ325が導通状態になり、リセットされた積分増幅器302から積分増幅器302のノイズ成分がコンデンサ326に転送される。次いで、スイッチ325が非導通状態になることによって、ノイズ成分サンプルホールド動作が終了する。ここで、ノイズ成分サンプルホールド動作は、スイッチ325またはスイッチ335が導通状態を維持している間の動作である。
Next, the
次に、放射線撮像装置100は、以下に示す第1行の出力動作を開始する。ここで、第1行の出力動作の開始は、走査回路102から第1行の駆動線G1に与えられる駆動信号の立ち上がりによって規定され、第1行に配された画素PIXのスイッチ素子202(T11~T1n)が導通する。スイッチ素子202(T11~T1n)が導通することによって、第1行に配された変換素子(S11~S1n)で発生した電荷に基づくアナログ電気信号が、それぞれの画素PIXから信号線Sig1~Signを介して読出回路103に出力される。次いで、駆動線G1の立ち下がりによって、第1行に配された画素PIXのスイッチ素子202(T11~T1n)が非導通状態になり、画素PIXからの出力動作が終了する。本実施形態において、出力動作は、画素PIXのスイッチ素子202が導通状態を維持している間の動作をいう。
Next, the
次に、放射線撮像装置100は、以下に示す信号サンプルホールド動作を開始する。制御部106からサンプルホールド回路303に制御信号ODDCDS2が供給され、CDS回路341の保持回路324のスイッチ327が導通状態になる。スイッチ327が導通状態になることによって、読み出された第1行に配された画素PIXの信号が、積分増幅器302を介してコンデンサ328に転送される。このとき、画素PIXから出力された信号には積分増幅器302のノイズ成分が付加される。次いで、スイッチ327が非導通状態にされ、ノイズ成分が付加された信号がコンデンサ328に保持される。スイッチ327が非導通状態になることによって、信号サンプルホールド動作が終了する。ここで、信号サンプルホールド動作は、スイッチ327またはスイッチ337が導通状態を維持している間の状態である。
Next, the
信号のサンプリングが終了すると、放射線撮像装置100は、以下に示す信号処理動作を開始する。コンデンサ326に保持されたノイズ成分と、コンデンサ328に保持されたノイズ成分が付加された第1列の画素PIXの信号とが、それぞれ差動アンプであるバッファアンプ304に入力される。次いで、積分増幅器302のノイズ成分が除去された信号が、バッファアンプ304から出力される。その後、マルチプレクサ306によって選択的に転送されたノイズ成分が除去された信号が、バッファ増幅器307を介してA/D変換器308に供給される。A/D変換器308は、供給された第1行、第1列の画素PIXの信号をデジタルデータS(1、1)に変換し、デジタルに変換された信号データを処理する処理部105に出力する。第1行、第2列の画素PIXの信号の出力動作は第1行、第1列の信号の出力動作と並行して行われ、第1行、第1列のA/D変換が実施された後に、第1行、第2列の画素PIXの信号がマルチプレクサ306によって選択的に転送される。第1行、第2列の画素PIXの信号は、第1行、第1列の画素PIXの信号と同様に、A/D変換器308からデジタルデータS(1、2)として処理部105に出力される。以降、同様に、第1行の第3列目から第n列の画素PIXに対する信号データの出力動作が順次行われる。この信号処理動作によって、処理部105に信号データとしてデジタルデータS(1、3)~S(1、n)がそれぞれ出力され、信号処理動作が終了する。ここでこの信号処理動作は、ある行のリセット動作の開始から、当該行の次に行われる行のリセット動作開始までの間に行われている。つまり、ある行の画素PIXに対する信号処理動作は、当該行の次に同さされる行の画素の出力動作と、時間的に並列に行われている。
When signal sampling ends, the
以下、第1行と同様に、第2行のリセット動作、ノイズ成分サンプルホールド動作、出力動作、信号サンプルホールド動作、および、信号処理動作が行われる。第3行以降も同様の処理を行単位で順次繰り返し、画素アレイ101のすべての画素PIXに対応する信号データが、読出回路103から出力される。
Thereafter, reset operation, noise component sample-and-hold operation, output operation, signal sample-and-hold operation, and signal processing operation are performed in the second row in the same manner as in the first row. Similar processing is sequentially repeated for the third and subsequent rows, and signal data corresponding to all the pixels PIX of the
ここまで、放射線撮像装置100において放射線画像を取得する際の動作を説明した。この中で、駆動線Gに与えられる駆動信号が立ち下がることによって画素PIXからの出力動作が終了してから信号サンプルホールド動作を開始までの時間が短い場合、スイッチ素子202のスイッチングノイズが原因で画像にノイズが乗ってしまう場合がある。これは、駆動線Gと信号線Sigとの間の寄生容量を介して、駆動線Gに与えられる駆動信号が立ち下がる際に信号線電圧が変動し、信号線電圧が変動している間に信号サンプルホールド動作を開始してしまうことに原因がある。
So far, the operation of acquiring a radiation image in the
図5は、スイッチ素子202が導通状態と非導通状態との間で変化する際の信号線Sigの信号線電圧Vsigの変化を示す。信号線電圧Vsigは、積分増幅器302によって基準電圧Vrefと同電位に固定されている。しかし、駆動信号Vgが立ち上がり、スイッチ素子202が導通状態になると、駆動線Gの電圧変動が、駆動線Gと信号線Sigとの間の寄生容量を介して信号線Sigに伝わり、信号線電圧Vsigが瞬間的に基準電圧Vrefよりも高くなる。その後、信号線電圧Vsigは、積分増幅器302によって基準電圧Vrefと同電位に戻る。
FIG. 5 shows changes in the signal line voltage Vsig of the signal line Sig when the
次に、駆動信号Vgが立ち下がり、スイッチ素子202が非導通状態になると、駆動線Gの電圧変動が、駆動線Gと信号線Sigとの間の寄生容量を介して信号線Sigに伝わり、信号線電圧Vsigが瞬間的に基準電圧Vrefよりも低くなる。その後、信号線電圧Vsigは、積分増幅器302によって基準電圧Vrefと同電位に戻る。
Next, when the drive signal Vg falls and the
このとき、図5に示されるように、信号線電圧Vsigが基準電圧Vrefに戻る前に、信号サンプルホールド動作を開始してしまう場合を考える。例えば、エネルギサブトラクション画像を取得する際に、体動の影響を考慮し1回目の撮影と2回目の撮影との間の時間間隔を短くするために、1回目の撮影における信号サンプルホールド動作を極力早く開始する場合が該当しうる。また、例えば、動画像の撮影など、連続して撮影を行う場合が該当しうる。この場合、画素アレイ101のそれぞれの画素PIXから出力される信号に加えて、スイッチ素子202のスイッチングノイズ成分がサンプルホールドされてしまい、結果的に得られる画像にノイズが付加されてしまう。発明者による実験によっても、駆動線Gに供給された駆動信号Vgが立ち下がり、出力動作が終了してから信号サンプルホールド動作を開始するまでの時間を短くしていくと、スイッチングノイズの影響が画像に付加されやすいことが確認されている。
At this time, as shown in FIG. 5, consider the case where the signal sample-and-hold operation is started before the signal line voltage Vsig returns to the reference voltage Vref. For example, when acquiring an energy subtraction image, in order to shorten the time interval between the first imaging and the second imaging in consideration of the influence of body movement, the signal sample and hold operation in the first imaging is performed as much as possible. This may be the case when starting early. Also, for example, it may correspond to a case where shooting is performed continuously, such as shooting a moving image. In this case, the switching noise component of the
これは、積分増幅器302がサンプルホールド回路303の入力ノードを駆動する電流駆動能力を向上させ、信号線電圧Vsigの変動に対する応答を早くすれば改善できる。発明者による実験によっても、積分増幅器302の電流駆動能力を高くした場合、画像へのスイッチングノイズの影響が低減することが確認されている。ここで、電流駆動能力とは、積分増幅器302が、積分増幅器302の出力にどれだけ多くの電流を流すことができるかという能力と定義する。つまり、積分増幅器302が、サンプルホールド回路303の入力ノードに対して、より多くの電流を出力可能であることを電流駆動能力が高いという。
This can be improved by improving the current drivability of the integrating
しかし、撮影モードによらず、一律に積分増幅器302の電流駆動能力を向上させた場合、読出回路103における消費電力、結果的には放射線撮像装置100の消費電力が増大してしまう。放射線撮像装置100において消費電力が増大すると、例えば、同じ容量のバッテリを用いた場合に、撮影可能枚数の減少などの問題が生じうる。また、例えば、特に静止画など1枚ずつ実施する撮影では、積分増幅器302の電流駆動能力を上げなくても、所望の1行あたりの読出時間の中で、出力動作が終了してから信号サンプルホールド動作を開始までの時間を適切に確保することが可能な場合もある。つまり、常に積分増幅器302の電流駆動能力を向上させる必要性はない場合がある。
However, if the current drive capability of the integrating
そこで、本実施形態において、放射線撮像装置100は、エネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像(BMD:Bone Mineral Density)の取得、動画像の撮影など複数の連続した撮影を行う撮影モードと、静止画像など1枚の画像を取得する際の撮影モードとで、積分増幅器302の電流駆動能力を切り替える。より具体的には、エネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得、動画像の撮影など複数の連続した撮影を行うモードにおける積分増幅器302の電流駆動能力が、静止画像など1枚の画像を取得する際のモードにおける電流駆動能力よりも高くなるように制御する。これによって、同じ被写体を連続して複数回撮影する際には、1行あたりの読出時間を短くしてモーションアーチファクトなどを低減しつつ、それぞれの画像は、スイッチングノイズの影響が抑制された診断などに利用できる高画質の画像になる。さらに、静止画像などを取得する撮影モードでは、消費電力が抑制されたモードとすることが可能になる。このような電流駆動能力の切替えは、例えば、制御部106によってなされうる。
Therefore, in the present embodiment, the
ここで、骨密度測定画像(BMD:Bone Mineral Density)の取得は、骨密度を定量的に測定するために実施される。そのため、画像から骨や肺などの特定構造のみを強調した画像を生成・描出する「エネルギサブトラクション撮影」に比べて、より定量性が求められる。骨密度測定画像とエネルギサブトラクション画像とは、共通して、1行あたりの読出時間を短くしてモーションアーチファクトなどを低減する必要がある。骨密度測定画像の撮影においてモーションアーチファクトを低減する理由は、モーションアーチファクトが起きた場合に、定量的な測定精度が悪化しうるためである。エネルギサブトラクション画像の取得および骨密度測定画像の取得に用いられるTwo-shot撮影において、より定量性が求められる骨密度測定画像では、スイッチングノイズ(信号読み出しタイミングの違いによる重畳システムノイズ量の変化(違い))の影響が画像に付加されると、求められる測定精度が担保できなくなることがある。したがって、同じTwo-shot撮影であっても、骨密度測定画像の取得は、エネルギサブトラクション画像の取得よりも、1行あたりの読出時間を短くしてモーションアーチファクトなどを低減しつつ、電流駆動能力をよりも高くなるように制御してもよい。 Here, acquisition of a bone densitometry image (BMD: Bone Mineral Density) is performed to quantitatively measure bone density. Therefore, compared to "energy subtraction imaging," which generates and renders an image in which only specific structures such as bones and lungs are emphasized from an image, more quantification is required. In common with bone densitometry images and energy subtraction images, it is necessary to shorten the readout time per row to reduce motion artifacts and the like. The reason for reducing motion artifacts in capturing bone densitometry images is that motion artifacts can degrade quantitative measurement accuracy. In two-shot imaging used to acquire energy subtraction images and bone densitometry images, more quantitative bone densitometry images require switching noise (changes in the amount of superimposed system noise due to differences in signal readout timing (differences )) is added to the image, it may not be possible to ensure the required measurement accuracy. Therefore, even with the same two-shot imaging, the acquisition of the bone densitometry image shortens the readout time per row to reduce motion artifacts and the like, compared to the acquisition of the energy subtraction image, while increasing the current drive capability. may be controlled to be higher than
本実施形態において、読出回路103は、積分増幅器302の出力インピーダンスを制御することができ、積分増幅器302の電流駆動能力を制御可能である。例えば、読出回路103の出力インピーダンスを低くすれば、積分増幅器302の電流駆動能力を上げることができる。
In this embodiment, the
ここから、撮影モードに応じて画像のスイッチングノイズを低減するための放射線撮像装置100の動作について説明する。放射線撮像装置100は、エネルギサブトラクション画像の取得や動画像の撮影など連続した撮影を行う第1モードおよび第1モードよりも撮影と撮影との間の時間が長い静止画像などの撮影を行う第2モードを含む複数のモードで動作する。ここで、放射線撮像装置100の積分増幅器302は、サンプルホールド回路303の入力ノードを駆動する電流駆動能力を切替可能に構成されている。つまり、撮影モードに応じて、積分増幅器302の駆動能力が切り替わる。より具体的には、第1モードにおける電流駆動能力が、第2モードにおける電流駆動能力よりも高くなるように、積分増幅器302の電流駆動能力が切り替わる。
From here, the operation of the
これは、上述のように、積分増幅器302の出力インピーダンスを制御することによって、積分増幅器302の電流駆動能力を切り替えることができる。第1モードにおける積分増幅器302の出力インピーダンスが、第2モードにおける積分増幅器302の出力インピーダンスよりも低くなる。これによって、エネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得、動画像の撮影を行う第1モードでは、1行あたりの読出時間を短くしてモーションアーチファクトなどを低減しつつ、得られる各画像の画質の低下を抑制できる。また、静止画像などの撮影を行う第2モードでは、消費電力を抑えた撮影が可能となる。
This can switch the current drive capability of the integrating
例えば、演算増幅器311の出力インピーダンスを切り替えることによって、積分増幅器302の電流駆動能力を切り替えることができる。この場合、第1モードにおける演算増幅器311の出力インピーダンスが、第2モードにおける演算増幅器311の出力インピーダンスよりも低くなる。これによって、上述の制御が可能になる。
For example, by switching the output impedance of the
また、例えば、帰還容量312の容量値Cfを切り替えることによって、積分増幅器302の電流駆動能力を切り替えることができる。この場合、第1モードにおける積分増幅器302の出力インピーダンスが、第2モードにおける積分増幅器302の出力インピーダンスよりも低くなるように帰還容量312の容量値Cfを切り替える。より具体的には、第1モードにおける帰還容量312の容量値Cfが、第2モードにおける帰還容量312の容量値Cfよりも小さくなる。これによって、上述の制御が可能になる。
Further, for example, by switching the capacitance value Cf of the
撮影モードに応じて、演算増幅器311の出力インピーダンスのみ、または、帰還容量312の容量値Cfのみが、切り替わってもよい。また、撮影モードに応じて、演算増幅器311の出力インピーダンスおよび帰還容量312の容量値Cfが、切り替わってもよい。例えば、放射線撮像装置100が3種類以上の撮影モードで動作する場合を考える。この場合、例えば、最も高速で(撮影と撮影との間の時間が短い)動作するモードにおいて、演算増幅器311の出力インピーダンスおよび帰還容量312の容量値Cfが切り替わってもよい。一方、中速のモードにおいて、演算増幅器311の出力インピーダンス、または、帰還容量312の容量値の一方が切り替わってもよい。それぞれの撮影モードに応じて、演算増幅器311の出力インピーダンスの切り替えと、帰還容量312の容量値Cfの切り替えと、は適宜、組み合わされればよい。
Only the output impedance of the
ここで、放射線撮像装置100において、1フレームあたりの時間を短くする、換言すると1行あたりの読出時間を短くする方法について説明する。図4(b)には、1行あたりの読出時間を短くするための4つの要素が示されている。期間401は、積分増幅器302のノイズ成分をサンプリングするノイズ成分サンプルホールド動作の時間である。期間402は、駆動信号Vgが立ち上がりスイッチ素子202を導通状態にして画素PIXから読出回路103に信号を転送する出力動作の時間である。期間403は、これまで説明した、駆動信号Vgが立ち下がり、スイッチ素子202を非導通状態にしてから信号サンプルホールド動作を開始するまでの時間である。期間404は、信号サンプルホールド動作で信号をサンプリングする時間である。
Here, a method for shortening the time per frame, in other words, shortening the readout time per row in the
放射線撮像装置100は、上述のように時間間隔が短い撮影を行うモードにおいて、期間403の時間を短くしつつ、スイッチングノイズの影響を抑制するために、積分増幅器302の電流駆動能力が切り替わる(静止画像などの撮影を行う場合よりも高くなる。)ことを説明した。しかしながら、これに限られることはなく、時間間隔が短いエネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得、動画像の撮影を行うモードにおいて、静止画像などの撮影を行うモードよりも、期間401、期間402、期間404が、短くなってもよい。例えば、上述のように積分増幅器302の電流駆動能力を向上させることによって、期間401、期間402、期間404にかかる時間を短くすることができる。
In the
一方、静止画像などの撮影を行う場合、期間401~404を短くする必要性は少なくなる。そのため、消費電力を抑制し、例えば、撮影可能枚数を増やすために、積分増幅器302の電流駆動能力が低い状態で、放射線撮像装置100は動作する。これによって、エネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得、動画像の撮影を行う場合であっても、静止画像などの撮影を行う場合であっても、スイッチングノイズの影響が抑制された高画質な放射線画像が得られる。また、静止画像などの撮影を行う場合において、放射線撮像装置100の低消費電力化が実現する。
On the other hand, when shooting a still image or the like, there is less need to shorten the
ここから、撮影モードに応じて画像のスイッチングノイズ低減するための放射線撮像装置100の制御方法について説明する。図6に、撮影モードに応じて積分増幅器302の電流駆動能力を切り替える一例が示されている。ここでは、放射線撮像装置100において、静止画像の撮影(静止画撮影)、エネルギサブトラクション画像や骨密度測定画像を取得するために行うTwo-shot撮影、動画像の撮影(動画撮影)の3種類の撮影モードが選択可能である場合が示されている。また、積分増幅器302の電流駆動能力は、電流駆動能力X<電流駆動能力Y<電流駆動能力Zの順で、電流駆動能力Zが最もサンプルホールド回路303の入力ノードを駆動する能力が高い。換言すると、電流駆動能力Zにおいて、積分増幅器302からサンプルホールド回路303に流すことが可能な電流量が最も多くなる。
From here, a control method of the
図6に示されるように、放射線撮像装置100において、画像のスイッチングノイズ低減のために、静止画撮影、Two-shot撮影、動画撮影の順で積分増幅器302の電流駆動能力を上げてもよい。また、Two-shot撮影においても、上述したように、エネルギサブトラクション画像の取得、骨密度測定画像の取得の順で積分増幅器302の電流駆動能力を上げてもよい。上述のように、例えば、演算増幅器311の出力インピーダンスを切り替えることによって、積分増幅器302の電流駆動能力を上げてもよい。また、例えば、帰還容量312の容量値Cfを切り替えることによって、積分増幅器302の電流駆動能力を上げてもよい。また、例えば、演算増幅器311の出力インピーダンスと帰還容量312の容量値Cfとを切り替えることによって、積分増幅器302の電流駆動能力を上げてもよい。
As shown in FIG. 6, in the
また、図4(b)に示される期間403である、出力動作を終了してからサンプリング動作を開始するまでの時間を切り替えることで、スイッチングノイズを低減することもできる。つまり、静止画撮影など撮影と撮影との間の時間が長い場合、期間403の長さを長くすることができる。一方、エネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得、動画像の撮影の場合は、期間403の長さが短いほど1フレームの時間が短くなりうる。したがって、積分増幅器302の電流駆動能力の最大値に応じて、期間403におけるスイッチ素子202を不導通状態にしてからサンプリング動作を開始するまでの期間403の長さが設定されうる。
Also, switching noise can be reduced by switching the time from the end of the output operation to the start of the sampling operation, which is the
図7を用いて、積分増幅器302の駆動能力に応じた1行あたりの読出時間の制御方法について説明する。図7に示されるように1行の読出時間は、積分増幅器302のノイズ成分をサンプリングする期間701、駆動信号Vgが立ち上がりスイッチ素子202を導通させ信号を転送する期間702、駆動信号Vgが立ち下がりスイッチ素子202を非導通状態にしてからサンプリング動作を開始するまでの期間703、信号をサンプリングする期間704の4つの要素がある。
A method of controlling the readout time per row according to the driving capability of the integrating
上述したように、放射線撮像装置100は、演算増幅器311の出力インピーダンスや帰還容量312の容量値Cfを切り替え、積分増幅器302の出力インピーダンスを切り替えることによって、積分増幅器302の電流駆動能力が制御される。演算増幅器311および帰還容量312のうち少なくともひとつを制御して、結果的に得られる積分増幅器302の出力インピーダンスに応じて、図7に示す期間703を長く、または、短く可変的に制御することもできる。
As described above, the
例えば、積分増幅器302の電流駆動能力を高くする。つまり、演算増幅器311の出力インピーダンスを低くする、および、積分増幅器302の帰還容量312を低くする、のうち少なくとも一方の制御によって結果的に積分増幅器302の出力インピーダンスを低くする。これによって、駆動信号Vgが立ち下がりスイッチ素子202を非導通状態にしてからサンプリング動作を開始するまでの期間403の長さを短くすることが可能となり、所望の1行あたりの読出時間を得ることもできる。例えば、スイッチ素子202が読出回路103に画素PIXから信号を出力するために導通した後に非導通状態に遷移してから、サンプルホールド回路303が当該信号をサンプリングするまでの時間が、静止画像などの撮影を行うモードよりもエネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得、動画像の撮影を行うモードの方が短くてもよい。また、エネルギサブトラクション画像の取得や骨密度測定画像の取得に用いられるTwo-shot撮影において、エネルギサブトラクション画像の取得、骨密度測定画像の取得の順で、サンプルホールド回路303が当該信号をサンプリングするまでの時間が短くてもよい。
For example, the current drive capability of integrating
この場合、積分増幅器302の電流駆動能力を高くすると、読出回路103の消費電力が増大し、結果的に放射線撮像装置100の消費電力が上がってしまう。また、帰還容量312の容量値Cfを低くしすぎた場合、所望の画像の画質(例えば、SNR)が得られないこともある。この両者のバランス、つまり、所望の消費電力および所望の画像の画質を得られる範囲の中で、駆動信号Vgを立ち下げることによってスイッチ素子202を非導通状態にし、出力動作を終了してからサンプリング動作を開始するまでの期間403の長さ、または、期間403によって決定する1行あたりの読出時間を制御することもできる。また、例えば、所望の1行あたりの読出時間、または、所望の期間403の長さに応じて、演算増幅器311の出力インピーダンス、または、帰還容量312の容量値Cfをそれぞれ制御し、結果的に得られる積分増幅器302の出力インピーダンスを制御してもよい。その際に、走査回路102が複数の行の複数の画素PIXを同時に駆動する画素加算が行われることによって、1フレームあたりの読出時間を短縮しうる。そのような画素加算においても、所望の1行あたりの読出時間、または、所望の期間403の長さに応じて、演算増幅器311の出力インピーダンス、または、帰還容量312の容量値Cfをそれぞれ制御する。それによって、結果的に得られる積分増幅器302の出力インピーダンスを制御してもよい。
In this case, increasing the current drive capability of the integrating
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。 The invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the claims are appended to make public the scope of the invention.
100:放射線撮像装置、101:画素アレイ、103:読出回路、302:積分増幅器、303:サンプルホールド回路、PIX:画素 100: radiation imaging apparatus, 101: pixel array, 103: readout circuit, 302: integral amplifier, 303: sample and hold circuit, PIX: pixel
Claims (16)
前記読出回路は、前記画素アレイから読み出した信号を増幅する積分増幅器と、前記積分増幅器によって増幅された信号を保持するサンプルホールド回路と、を含み、
前記積分増幅器は、前記サンプルホールド回路の入力ノードを駆動する電流駆動能力を切替可能に構成されており、
前記第1モードにおける前記電流駆動能力が、前記第2モードにおける前記電流駆動能力よりも高いことを特徴とする放射線撮像装置。 a pixel array in which a plurality of pixels that generate signals corresponding to incident radiation are arranged; and a readout circuit that reads out signals from the pixel array; A radiation imaging apparatus that operates in a plurality of modes including a second mode with a long interval between
The readout circuit includes an integral amplifier that amplifies the signal read out from the pixel array, and a sample-and-hold circuit that holds the signal amplified by the integral amplifier,
the integrating amplifier is configured to be able to switch current driving capability for driving an input node of the sample-and-hold circuit,
A radiation imaging apparatus, wherein the current drive capability in the first mode is higher than the current drive capability in the second mode.
前記第1モードにおける前記積分増幅器の出力インピーダンスが、前記第2モードにおける前記積分増幅器の出力インピーダンスよりも低いことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 By switching the output impedance of the integrating amplifier, the current driving capability is switched,
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the output impedance of said integrating amplifier in said first mode is lower than the output impedance of said integrating amplifier in said second mode.
前記演算増幅器の出力インピーダンスを切り替えることによって、前記電流駆動能力が切り替わり、
前記第1モードにおける前記演算増幅器の出力インピーダンスが、前記第2モードにおける前記演算増幅器の出力インピーダンスよりも低いことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 the integrating amplifier includes an operational amplifier and a feedback capacitor arranged in parallel between the pixel array and the sample-and-hold circuit;
By switching the output impedance of the operational amplifier, the current driving capability is switched,
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the output impedance of said operational amplifier in said first mode is lower than the output impedance of said operational amplifier in said second mode.
前記第1モードにおける前記積分増幅器の出力インピーダンスが、前記第2モードにおける前記積分増幅器の出力インピーダンスよりも低くなるように前記容量値が切り替わることを特徴とする請求項3に記載の放射線撮像装置。 The feedback capacitor is configured to be able to switch a capacitance value,
4. The radiation imaging apparatus according to claim 3, wherein the capacitance value is switched such that the output impedance of the integrating amplifier in the first mode is lower than the output impedance of the integrating amplifier in the second mode.
前記帰還容量の容量値を切り替えることによって、前記電流駆動能力が切り替わり、
前記第1モードにおける前記積分増幅器の出力インピーダンスが、前記第2モードにおける前記積分増幅器の出力インピーダンスよりも低くなるように前記容量値が切り替わることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。 the integrating amplifier includes an operational amplifier and a feedback capacitor arranged in parallel between the pixel array and the sample-and-hold circuit;
By switching the capacitance value of the feedback capacitor, the current driving capability is switched,
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein said capacitance value is switched such that the output impedance of said integrating amplifier in said first mode is lower than the output impedance of said integrating amplifier in said second mode.
前記スイッチ素子が前記読出回路に画素から信号を出力するために導通した後に非導通状態に遷移してから、前記サンプルホールド回路が当該信号をサンプリングするまでの時間が、前記第2モードよりも前記第1モードの方が短いことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 each of the plurality of pixels includes a switch element for outputting the signal generated by the plurality of pixels to the readout circuit;
The time from when the switching element transitions to the non-conducting state after being turned on to output a signal from the pixel to the readout circuit until the sample-and-hold circuit samples the signal is longer than that in the second mode. 7. The radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the first mode is shorter.
前記第1モードが、動画像、エネルギサブトラクション画像および骨密度測定画像のうち少なくとも1つの撮影のモードであり、
前記第2モードが、静止画像の撮影のモードであることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 further comprising a control unit that controls the readout circuit to switch the current drive capability;
the first mode is at least one imaging mode of a moving image, an energy subtraction image, and a bone densitometry image;
8. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the second mode is a still image capturing mode.
前記第3モードにおける前記電流駆動能力が、前記第1モードにおける前記電流駆動能力よりも高いことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 wherein the plurality of modes further includes a third mode in which the time between shootings is shorter than that in the first mode;
10. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the current drive capability in the third mode is higher than the current drive capability in the first mode.
前記第3モードが、動画像の撮影モードであることを特徴とする請求項10に記載の放射線撮像装置。 the first mode is an energy subtraction image capturing mode,
11. The radiation imaging apparatus according to claim 10, wherein the third mode is a moving image capturing mode.
前記第3モードが、骨密度測定画像の撮影モードであることを特徴とする請求項10に記載の放射線撮像装置。 the first mode is an energy subtraction image capturing mode,
11. The radiation imaging apparatus according to claim 10, wherein the third mode is a mode for capturing a bone density measurement image.
前記第3モードが、動画像の撮影モードであることを特徴とする請求項10に記載の放射線撮像装置。 the first mode is an imaging mode for bone densitometry images,
11. The radiation imaging apparatus according to claim 10, wherein the third mode is a moving image capturing mode.
前記第3モードにおける前記電流駆動能力が、前記第1モードにおける前記電流駆動能力よりも高く、
前記第4モードにおける前記電流駆動能力が、前記第3モードにおける前記電流駆動能力よりも高いことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 The plurality of modes further include a third mode in which the time between shootings is shorter than in the first mode, and a fourth mode in which the time between shootings is shorter than in the third mode. including
the current drivability in the third mode is higher than the current drivability in the first mode;
10. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the current drive capability in the fourth mode is higher than the current drive capability in the third mode.
前記第3モードが、骨密度測定画像の撮影モードであり、
前記第4モードが、動画像の撮影モードであることを特徴とする請求項14に記載の放射線撮像装置。 the first mode is an energy subtraction image capturing mode,
the third mode is an imaging mode for bone densitometry images,
15. The radiation imaging apparatus according to claim 14, wherein the fourth mode is a moving image capturing mode.
前記放射線撮像装置から出力される信号を処理するプロセッサと、
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。 a radiation imaging apparatus according to any one of claims 1 to 15;
a processor that processes signals output from the radiation imaging apparatus;
A radiation imaging system comprising:
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