JP2023160729A - 放射線検出器、放射線撮像システム、放射線画像処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像対象の撮像と同時性のあるバックグラウンド成分を求める。【解決手段】放射線検出器は、放射線を電荷に直接変換する複数の画素と、フレーム毎に前記複数の画素から画素信号を読み出す読出回路と、前記読出回路によって読み出された画素信号を処理する処理手段と、を備える。前記処理手段は、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める。【選択図】図３

Description

本発明は、放射線検出器、放射線撮像システム、放射線画像処理方法及び記憶媒体に関する。

Ｘ線や電子線のような放射線を直接変換式の放射線検出器によって検出する場合、放射線に曝された装置の劣化等に起因するバックグラウンド成分（ノイズ成分）を除去することが求められる。特許文献１には、ＣＭＯＳイメージセンサでＸ線を検出するＸ線撮像システムにおいて、個々の画像フレームの未補正画素信号（画素値）を、異なる画像フレームからの同じ画素の画素信号に基づいて補正（較正）することが記載されている。この文献によると、撮像対象の撮像を行う時刻とは別の時刻に、放射線を照射していない状態で暗電流のレベルを測定する工程を含む所定の較正プロセスを実施することで、未補正画素信号を補正するための補正係数が算出される。

特表２００８－５２４８７４号公報

しかしながら、上記文献では、撮像対象の撮像と較正プロセスは同時には行われない。そのため、両時点の間に生じる変化（例えば、放射線検出器の温度上昇）により、撮像時のバックグラウンド成分は、較正プロセス時に測定されるバックグラウンド成分とは異なっている可能性がある。

また、上記文献では、放射線像を電子的な画像データに変換するＸ線撮像カメラ（放射線検出器）とは別に、画像データを補正（較正）するための画像プロセッサを必要とする構成であった。

そこで、本発明は、撮像対象の撮像と同時性のあるバックグラウンド成分を求めることが可能な手段を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、放射線を電荷に直接変換する複数の画素と、フレーム毎に前記複数の画素から画素信号を読み出す読出回路と、前記読出回路によって読み出された画素信号を処理する処理手段と、を備えた放射線検出器であって、前記処理手段は、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める、ことを特徴とする放射線検出器である。

本発明の他の一態様は、放射線を電荷に直接変換する複数の画素からフレーム毎に画素信号を読み出す読出ステップと、前記読出ステップで読み出された画素信号を処理する処理ステップと、を含む放射線画像処理方法であって、前記処理ステップにおいて、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める、ことを特徴とする放射線画像処理方法である。

本発明によれば、撮像対象の撮像と同時性のあるバックグラウンド成分を求めることが可能な手段を提供することができる。

第１実施形態に係る放射線検出器の概略構成を示すブロック図。 第１実施形態に係る画素の構成を示す図。 第１実施形態に係る信号処理の内容を説明するための図（ａ～ｃ）。 第１実施形態に係る信号処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る信号処理の内容を説明するための図（ａ～ｃ）。 第２実施形態に係る信号処理の内容を説明するための図（ａ～ｄ）。 第３実施形態に係る放射線検出器の概略構成を示すブロック図（ａ）と、信号処理の内容を説明するための図（ｂ）。 第４実施形態に係る信号処理の内容を説明するための図。 第５実施形態に係る信号処理の内容を説明するための図（ａ～ｅ）。 第６実施形態に係る画素の構成を示す図。 第７実施形態に係る放射線撮像システムを示す図。 第８実施形態に係る放射線撮像システムを示す図（ａ、ｂ）。

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

以下の説明において、「放射線」とは、電磁放射線（Ｘ線、ガンマ線）及び粒子放射線（電子線、陽子線、中性子線、アルファ線等）を含む概念である。「放射線撮像システム」とは、放射線を用いて、撮像対象（被写体、医用撮像システムの場合の患者等）の画像を電子データとして取得するシステム一般を指す。「画像」は、静止画像であっても動画像であってもよい。「放射線検出器」とは、放射線撮像システムの構成要素であって、撮像対象の放射線像を電気信号に変換することで電子データとしての画像を取得するイメージセンサユニット（カメラ、撮像部とも呼ばれる）を指す。

以下の各実施形態では、放射線検出器として、入射する放射線を直接電荷に変換する変換素子を備えた直接変換型の放射線検出器について説明する。

《第１実施形態》
図１は第１実施形態に係る放射線検出器１の概略構成を示すブロック図である。放射線検出器１は、撮像素子１００と、出力信号処理部１０９と、メモリ部１１０と、外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）１１１と、を有する。

撮像素子１００は、行列状に配列された複数の画素１０２からなる画素アレイ１０１と、垂直走査回路１０３と、垂直信号線１０４と、列回路１０５と、列メモリ１０６と、水平走査回路１０７と、ＤＦＥ１０８と、を有する。ここで、ＤＦＥはＤｉｇｉｔａｌ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄの略である。垂直走査回路１０３、垂直信号線１０４、列回路１０５、列メモリ１０６及び水平走査回路１０７は、フレーム毎に画素アレイ１０１の各画素から画素信号を読み出す読出回路の例である。ＤＦＥ１０８は、読出回路によって読み出された画素信号を処理する処理手段の例である。撮像素子１００は、放射線を検出するＣＭＯＳイメージセンサである。

画素アレイ１０１を構成する画素１０２は、入射した放射線を電荷に変換する。画素１０２の構成は後述する。垂直走査回路１０３は、画素アレイ１０１において信号を出力させる画素行を選択するとともに順次走査する。垂直信号線１０４は、垂直走査回路１０３によって選択された画素１０２からの信号を伝達する。列回路１０５は、垂直信号線１０４から入力される信号を処理する処理する。列回路１０５が行う処理は、例えばＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ変換）を含む。列メモリ１０６は、列回路１０５から出力されるデジタル信号を保持する。水平走査回路１０７は、列回路１０５又は列メモリ１０６を画素列の方向に走査して列ごとのデジタル信号を順次読み出す。ＤＦＥ１０８は、列回路１０５又は列メモリ１０６から読み出されるデジタル信号を処理して撮像素子１００の外部に出力する出力回路である。

上記の垂直方向及び水平方向の走査により画素アレイ１０１の各画素１０２から読み出された１セットの画素信号（画素値）で構成される画像データを、「フレーム画像」とする。１枚のフレーム画像を取得するために撮像素子１００が動作する期間をフレーム又はフレーム期間と呼ぶ。動画撮影等でフレーム画像を繰り返し取得するときに単位時間当たりのフレーム画像の枚数をフレームレート（ｆｐｓ）と呼ぶ。

フレーム画像は、後の工程で複数枚のフレーム画像を合成することで１枚の画像を構成するための画像（サブフレーム又は時分割フレームとも呼ばれる）であってもよい。また、放射線検出器１は、撮像素子１００が取得したフレーム画像中の画素信号に基づいて、フォトンカウンティング（粒子線の場合は粒子の計数）を行うものであってもよい。その際、１つの放射線に対応する画素信号の値に基づいて放射線のエネルギーを判別するようにしてもよい。

なお、撮像素子１００は、読み出される信号がフレーム画像を構成しない画素（後述する第４実施形態の演算用の画素アレイ８０２参照）を有していてもよい。

出力信号処理部１０９は、撮像素子１００から出力される信号を演算処理する。メモリ部１１０は、出力信号処理部１０９での演算を行うためのデータ保持部（記憶領域）であり、処理対象のデータや、予め定められたデータを保持する。出力信号処理部１０９から出力された信号は、外部Ｉ／Ｆ部１１１を通じて放射線検出器１の外部（例えば、後述する放射線撮像システム内の他のユニット）に出力される。

図２は図１の画素１０２の構成例を示す図である。画素１０２は、フォトダイオード２０１と、浮遊拡散容量２０２と、トランジスタ２０３，２０４，２０５，２０６と、を有する。

フォトダイオード２０１は、入射した放射線を電荷に直接変換する変換素子である。フォトダイオード２０１のアノードが基準電圧ノードに接続され、カソードがトランジスタ２０３のソースに接続される。トランジスタ２０３のドレインは、トランジスタ２０４のソース及びトランジスタ２０５のゲートに接続される。トランジスタ２０３のドレイン、トランジスタ２０４のソース及びトランジスタ２０５のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン）部である。浮遊拡散部は、容量成分（浮遊拡散容量２０２）を含み、電荷保持部としての機能を備える。

トランジスタ２０４のドレイン及びトランジスタ２０５のドレインは、電源電圧が供給される電源電圧ノード２０７に接続される。トランジスタ２０５のソースは、トランジスタ２０６のドレインに接続される。トランジスタ２０６のソースは、垂直信号線１０４に接続されている。垂直信号線１０４は、電流源に接続される。

トランジスタ２０３，２０４，２０６のゲートには、垂直走査回路１０３（図１）からの制御信号を伝える信号線がそれぞれ接続される。各信号線は、画素アレイ１０１において画素１０２が属する行に共通の信号線である。

画素１０２に放射線が入射すると、フォトダイオード２０１により放射線が電荷（信号電荷）に変換され、蓄積される。トランジスタ２０３（転送トランジスタ）は、垂直走査回路１０３からの制御信号に基づいて、フォトダイオード２０１に蓄積された信号電荷を浮遊拡散部に転送する。浮遊拡散部は、フォトダイオード２０１から転送された電荷を保持するとともに、浮遊拡散容量２０２による電荷電圧変換によって、転送された電荷の量に応じた電圧を保持する。

トランジスタ２０５（増幅トランジスタ）は、浮遊拡散部が保持する電荷に基づく画素信号を増幅してトランジスタ２０６に出力する。トランジスタ２０６（選択トランジスタ）は、垂直走査回路１０３からの制御信号に基づいて、トランジスタ２０５からの画素信号を垂直信号線１０４に出力する。トランジスタ２０４（リセットトランジスタ）は、垂直走査回路１０３からの制御信号に基づいて、浮遊拡散部を電源電圧に応じた電圧にリセットする。なお、トランジスタ２０３を省略し、フォトダイオード２０１と浮遊拡散容量２０２が直結した構成とすることもできる。

図３（ａ）は、画素アレイ１０１に放射線３０１が照射されたときの各画素１０２の出力を表す模式図である。放射線３０１が入射した画素１０２を着色し、放射線３０１が入射していない画素１０２を無着色で示す。ここでは簡略化して１２×１２画素の画素アレイ１０１を示しているが、より多くの画素１０２を備えていてもよい。画素数の例としては、例えば数千×数千程度であってもよい。解像度を上げるためには画素数が多い方が望ましい。照射する放射線の種類は、例えばＸ線や電子線、ガンマ線が挙げられる。照射する放射線の種類に応じて、適切なフォトダイオード２０１（変換素子）を使用する。または、蛍光体などの変換部を設けてもよい。

撮影のフレームレートは、例えば数十～数百ｆｐｓである。放射線の照射レートは、０．５／ｐｉｘ／ｆｒｍ以下が目安となる。言い換えると、ある時刻に１画素へ放射線が入射する確率は１／２未満となるような低照射レートで撮像を行う。ここで、単位［／ｐｉｘ／ｆｒｍ］は、１フレームあたり且つ１画素あたりに放射線の粒子又は光子が入射する個数の平均値（期待値）である。例えば、Ｘ線を用いる場合の照射レートの目安は、１フレームあたり且つ１画素あたりに入射する光子の数の平均値で０．５以下である。電子線を用いる場合の照射レートの目安は、１フレームあたり且つ１画素あたりに入射する電子の数の平均値で０．５以下である。

なお、放射線の照射レートは、０．５／ｐｉｘ／ｆｒｍよりも低いとより好ましく、例えば０．１／ｐｉｘ／ｆｒｍ以下、更に０．０５／ｐｉｘ／ｆｒｍ以下とすることができる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線３０４で示した１行分の画素１０２－１～１０２－１２から出力される画素信号Ｓ１～Ｓ１２を棒グラフで示した図である。例えば、放射線が入射した画素１０２－９の出力は画素信号Ｓ９であり、放射線が入射していない画素１０２－１２の出力は画素信号Ｓ１２である。

なお、画素信号とは、信号電荷に応じて画素から出力される信号量であり、放射線の種類や加速エネルギー等の照射条件、フォトダイオード２０１の構造や基板の厚さ等によって変わる。画素信号は、列回路１０５によってＡ／Ｄ変換されたデジタル信号であってよい。また、放射線のエネルギーが大きい場合、発生する信号量は統計学的な確率分布をもつため一定にはならない。また、照射した放射線が、撮像素子の基板中で隣接画素へ抜けて電荷を生じることがある。その場合は、図中の画素１０２－９，１０２－１０のように隣接する複数の画素にまたがって放射線の入射に応じた画素信号Ｓ９，Ｓ１０が発生する場合がある。

一方で放射線が入射しなかった画素の画素信号（例えばＳ１２）は、放射線を照射していない状態で読み出された画素信号と同等の値となる。但し、信号値はゼロにはならず、フォトダイオード２０１中で生じる暗電流、回路起因のノイズやシェーディング等が重畳した出力となる。このように放射線の照射有無にかかわらず生じる成分をバックグラウンド成分と呼ぶ。バックグラウンド成分は、放射線による信号成分を検出する際の妨げとなり、放射線検出器１によって取得される画像データの画質の低下につながる。

図３（ｂ）の点線は、１行分の画素信号Ｓ１～Ｓ１２のメディアンを示す。放射線の照射レートが０．５／ｐｉｘ／ｆｒｍよりも低いため、画素信号Ｓ１～Ｓ１２のメディアンは、放射線を照射していないときと同等の信号値、つまりバックグラウンド成分Ｂｇと考えることができる。

メディアンの算出は、例えばＤＦＥ１０８が行う。ＤＦＥ１０８は、画素アレイ１０１の他の行についても同様の処理を行い、行ごとにメディアンを算出する。これにより、ＤＦＥ１０８は、１枚のフレーム画像を構成する画素信号の各々のバックグラウンド成分を求めることができる。言い換えると、本実施形態の方法で求められるバックグラウンド成分は、１つの行を構成する複数の画素の間で共通である。そのため、算出されるバックグラウンド成分の数は、画素アレイ１０１の行の数（ｎ行ｍ列の画素アレイであればｎ個）で済む。なお、本実施形態における処理方法は、１行分の画素をフィルタ領域とするフィルタ処理（メディアンフィルタ）であるとも言える。

図３（ｃ）は、画素信号Ｓ１～Ｓ１２から、バックグラウンド成分（Ｓ１２～Ｓ１２のメディアン）を減算した画素信号Ｔ１～Ｔ１２（処理後の画素信号）を表す。減算後の画素信号Ｔ１～Ｔ１２は、バックグラウンド成分が除去されたものであるため、放射線によって生じた正味の信号値に相当する。ＤＦＥ１０８は、画素信号Ｔ１～Ｔ１２のようにバックグラウンド成分を減算した画素信号からなる画像データ（補正後データ）を、撮像素子１００の外部に出力することができる。

本実施形態によれば、処理手段としてのＤＦＥ１０８は、フレーム毎に複数の画素１０２から読み出される画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素１０２から読み出された画素信号の値を用いて求める。つまり、放射線を照射している間（撮像中）の画素信号から、放射線を照射していない状態に相当するバックグラウンド成分を算出する。これにより、撮像対象の撮像と同時性のあるバックグラウンド成分を算出することができる。

また、ＤＦＥ１０８は、読出回路によって読み出された画素信号からバックグラウンド成分を減算した補正後データを算出し、放射線検出器１は、前記補正後データを外部に出力する。従って、放射線検出器１は、バックグラウンド成分のデータ、又はバックグランド成分を除去した正味の画像データを放射線撮像システムの他の装置に提供することができる。

また、本実施形態の放射線検出器１を用いることで、撮像対象の撮像とは別時刻に、バックグラウンド成分を取得するために放射線を照射していない状態で画素信号を取得する等の較正方法によらず、撮像時にバックグラウンド成分を除去することができる。ただし、本実施形態の方法で除去されるバックグラウンド成分（ノイズ成分）以外のノイズを除去する較正方法を併用することを妨げるものではない。

なお、バックグラウンド成分は様々な理由で変化する。例えばトータルドーズ効果として知られる放射線の累積照射量による撮像素子へのダメージが挙げられる。具体的には、撮像素子の暗電流増加やトランジスタの閾値変動が考えられる。あるいは、撮影中に環境温度や撮像素子の温度が変化した場合も、撮像素子の暗電流が変化するためバックグラウンド成分が変動する。本実施形態によれば、バックグラウンド成分の時間的な変動が問題となりやすい場合であっても、撮像と同時性のあるバックグラウンド成分を除去し、より精度の高い画像データを得ることができる。

ところで、本実施形態では、行ごとの画素信号（図３（ｂ）のＳ１～Ｓ１２）のメディアンをバックグラウンド成分Ｂｇの値としたが、同じフレーム内の画素信号を用いて算出される他の統計値をバックグラウンド成分としてもよい。例えば、画素数が十分に多い場合は、メディアンよりも最頻値をとった方がより精度が向上する場合がある。

図４は、本実施形態の放射線検出器１が行う処理（放射線画像処理方法、放射線検出器の制御方法）の内容を示すフローチャートである。撮像時には、放射線撮像システムの線源から低照射レートの放射線が照射されている状態で画素アレイ１０１の各画素１０２に電荷が蓄積され、ステップ４０１でフレーム毎に各画素１０２から画素信号が読み出される。ステップ４０２では、読み出された画素信号を一時的に保持する。ステップ４０３では、ステップ４０２で保持された画素信号を用いてバックグラウンド成分を演算する。ステップ４０２、４０３は、読出ステップで読み出された画素信号を処理する処理ステップに相当する。ステップ４０４では、ステップ４０３で演算されたバックグラウンド成分に基づいて、データを外部（撮像素子１００の外部）に出力する。

ステップ４０４（出力ステップ）では、元の画素信号とバックグラウンド成分とを共に出力してもよく、あるいは、元の画素信号からバックグラウンド成分を減算した画素信号からなるフレーム画像を出力してもよい。

本実施形態の場合、ステップ４０１（読出ステップ）は、上述した垂直走査回路１０３及び水平走査回路１０７並びにこれらに対して制御タイミングを制御する制御回路等によって実行される。ステップ４０２（保持ステップ）、ステップ４０３（演算ステップ）及びステップ４０４（出力ステップ）は、ＤＦＥ１０８によって実行される。

バックグラウンド成分の演算方法（ステップ４０３）としては、公知のアルゴリズムを用いることができる。例えば行ごとの画素信号のメディアンをバックグラウンド成分とする場合、行ごとの画素信号をクイックソート等で降順にソートした後、ソート済みの配列から中間順位の値を選択すればよい。あるいは、中央値の中央値（クイックセレクト）として知られるより高速なアルゴリズムを適用してもよい。最頻値をバックグラウンド成分とする場合は、１行分の画素信号のヒストグラムを生成して最頻値を特定すればよい。

なお、上述した例では撮像素子１００内のＤＦＥ１０８がステップ４０２、４０３（保持ステップ、演算ステップ）を行う構成とした。つまり、本実施形態によれば、撮像素子１００にオンチップで、即ち画素アレイ１０１や列回路１０５等と同一の基板上に、バックグラウンド成分の算出及び除去を行う機能を持たせることができる。これにより、出力信号処理部１０９以降の後段処理を簡略化することができる。また、システムの小型化および低価格化が可能である。

ただし、バックグラウンド成分の算出及び除去は、放射線検出器１が備える撮像素子１００以外の要素が行ってもよい。例えば、出力信号処理部１０９がステップ４０２～４０４の処理を行うようにしてもよい。

ステップ４０１～４０４の一部又は全部をコンピュータ（例えば、放射線撮像システムに搭載されるコンピュータ）に実行させるためのプログラムをコンピュータで読取可能な非一過性の記憶媒体に格納し、コンピュータにプログラムを実行させてもよい。

《第２実施形態》
第２実施形態に係る放射線検出器について説明する。本実施形態は、バックグラウンド成分の算出方法が第１実施形態とは異なる。以下、第１実施形態と共通の参照符号を付した要素は、第１実施形態で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、第１実施形態とは異なる点を主に説明する。

図５（ａ～ｃ）は、本実施形態の方法による演算フィルタについて示した図である。図５（ａ）は演算フィルタのフィルタ領域を示す図である。図５（ｂ）は、演算フィルタが適用される領域内の各画素信号の値をヒストグラム化した例を示す図である。

第１実施形態では行ごとにバックグラウンド成分を算出するため、要素数が画素アレイ１０１の行数に等しい１次元のバックグラウンド成分が得られた。本実施形態では、画素ごとにバックグラウンド成分を算出することで、２次元のバックグラウンド成分を得る。

具体的にはバックグラウンド値を算出したい対象画素５０１（注目画素）に対して、対象画素５０１を中心とした複数画素の範囲５０２を演算フィルタのサイズとする。この演算フィルタのフィルタ領域内の各画素信号の値から算出されるメディアン又は最頻値を、対象画素５０１のバックグラウンド成分５０５とする。

図５（ｂ）に示すように、フィルタ領域内の画素信号の値をヒストグラム化すると、放射線が入射した画素の画素信号５０３と放射線が入射していない画素の画素信号５０４とが２つの領域に分かれて分布する。第１実施形態と同様に、低照射レートで撮像を行う場合は、通常、放射線が入射していない画素の方が、放射線が入射した画素よりも多い。そのため、画素信号５０３，５０４のメディアン又は最頻値をバックグラウンド成分５０５とすることができる。

図５（ｃ）に示すように、対象画素５０６を画素アレイ１０１上で次々に変えて二次元的に掃引し、各画素について図５（ａ、ｂ）を用いて上述した方法でバックグラウンド成分を算出する。掃引する方向は列と行のどちらが先であっても構わないが、処理回路との相性に合わせるとよい。

なお、図５（ａ）の例では５×５画素を演算フィルタのサイズとしているが、この限りではない。フィルターサイズは３画素以上あればよく、ＤＦＥ１０８の機能に合わせて適宜決めればよい。例えばＤＦＥ１０８での処理機能が１行単位であった場合は、フィルターサイズは１×ｎ（ｎは、３以上且つ１行の画素数未満）とする。あるいは、複数行の処理が可能であれば、フィルターサイズは上述の５×５の矩形領域を一例としたｍ×ｎとすればよい。

フィルターサイズは、バックグラウンド成分の不均一性を生み出す主な要素の空間周波数を考慮して設定される。一般的に、フィルターサイズを小さくすれば、バックグラウンド成分に含まれる局所的なムラやシェーディング成分を抽出しやすくなる。一方で、フィルターサイズが大きい方が、バックグラウンド成分として算出される値が実際のバックグラウンド成分から大きく外れる可能性が低減される。

フィルターサイズが広範囲になる場合は、ラインメモリやフレームメモリといったメモリ機能を有する回路ブロックを撮像素子内または撮像素子外に別途設けて上記の演算を行ってもよい。ラインメモリとは、１行分の画素に対応する画素信号を記憶可能なメモリをいう。フレームメモリとは、１フレーム分の画素信号（画素アレイ１０１の画素数の画素信号）を記憶可能なメモリをいう。撮像素子内で処理を行った場合には、撮影と表示の同時性が向上する。さらに部品点数を増やさずに処理を行うことができるため、システムの小型化および低価格化が可能である。

図６（ａ～ｄ）を用いて、本実施形態におけるバックグラウンド成分の算出方法を説明する。図６（ａ）は、画素アレイ１０１に放射線が照射されたときの各画素１０２の出力を表す模式図であり、図３（ａ）と同じものである。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の点線３０４で示した１行分の画素１０２－１～１０２－１２から出力される画素信号Ｓ１～Ｓ１２を棒グラフで示した図である。ここでは、図３（ｂ）と異なり、バックグラウンド成分が１行の中でも一定でなく、画素アレイ１０１の中で凹状に分布している場合（つまり、周辺部の画素のバックグラウンド成分が中央部よりも大きい）を示す。なお、凹状の分布は不均一性を示すための一例であり、バックグラウンド成分の不均一性は他の分布（例えば、１次関数のシェーディングや局所的なムラ形状）を想定できる。

図６（ｃ）は、画素１０２－１～１０２－１２を対象画素として図５（ａ～ｃ）を用いて説明したフィルタ処理を行った結果として得られるバックグラウンド成分Ｂｇ１～Ｂｇ１２を示す。例えばバックグラウンド成分Ｂｇ１は、画素１０２－１を中心とする５×５のフィルタ領域内に含まれる画素の画素信号のメディアン（又は最頻値）である。

図６（ｃ）に示すように、本実施形態では画素ごとにバックグラウンド成分を算出することで、二次元的な不均一性（ここでは凹状の分布）を有するバックグラウンド成分を抽出することができている。

図６（ｄ）は、図６（ｂ）の画素信号Ｓ１～Ｓ１２から図６（ｃ）のバックグラウンド成分Ｂｇ１～Ｂｇ１２を減算した画素信号Ｔ１～Ｔ１２表す。図６（ｄ）に示すように、図６（ｂ）に存在していたバックグラウンド成分が、行内でのバックグラウンド成分の不均一性を含めて除去されていることが分かる。

このように、演算フィルタによる処理によって画素ごとのバックグラウンド成分を算出することで、空間的に不均一な分布も含めたバッグラウンド成分を算出することが可能となる。これによりバックグラウンド成分を減算した後の画像データの精度が向上する。

なお、バックグラウンド成分には、１画素毎の不均一性も含まれる。１画素毎の不均一性を補正するには、例えば予め放射線を照射していない状態で画素毎の出力を取得して補正値として保存しておき、撮像時の画素信号から補正値を減算することが考えられる。本実施形態（及び他の実施形態）におけるバックグラウンド成分の算出方法は、このような画素毎の出力補正方法と組み合わせてもよい。

《第３実施形態》
第３実施形態に係る放射線検出器について説明する。本実施形態は、画素アレイから画素信号を読み出す回路構成及びバックグラウンド成分の算出方法が第１実施形態とは異なる。以下、第１実施形態と共通の参照符号を付した要素は、第１実施形態で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、第１実施形態とは異なる点を主に説明する。

図７（ａ）は本実施形態の撮像素子１００の構成を表した図である。第１実施形態（図１）との違いは、各画素１０２から出力される画素信号を、図中の上側の回路と下側の回路とに分けて読み出す構成となっている。撮像素子１００は、図中上側の列回路１０５及び列メモリ１０６を介して読み出すための第１の配線７０１と、図中下側の列回路１０５及び列メモリ１０６を介して読み出すための第２の配線７０２と、を有する。

画素アレイ１０１の画素１０２は、画素信号が第１の配線７０１（第１経路）を介して読み出される第１の画素群と、画素信号が第２の配線７０２（第２経路）を介して読み出される第２の画素群と、に分けることができる。つまり、本実施形態の画素アレイ１０１は、画素信号の読み出し経路が異なる複数の画素群を含む。

図７（ｂ）は本実施形態の演算フィルタを示す図である。画素群７０４は、第１の配線７０１を介して画素信号を読み出される画素で構成される。画素群７０５は、第１の配線７０１を介して画素信号を読み出される画素で構成される。

本実施形態の演算フィルタは、対象画素７０３を中心とする所定の領域内（図示した例では５×５の領域）で、且つ対象画素７０３と同じ画素群（ここでは画素群７０４）を、バックグラウンド成分の算出とするものである。言い換えると、本実施形態では、画素信号の読出経路に応じて、対象画素と同一経路に属する画素からの画素信号を用いて対象画素のバックグラウンド成分を算出する。算出するバックグラウンド成分は、例えばメディアン又は最頻値である。

このように、画素信号の読出経路別にバックグラウンド成分を算出することで、読出経路の回路特性の不均一性によるバックグラウンド成分の変化を効果的に補正することができる。

なお、図７（ａ、ｂ）では読出経路が異なる画素群７０４，７０５が市松状に配置される構成を例示したが、他の配置で画素群が分かれていてもよい。

《第４実施形態》
第４実施形態に係る放射線検出器について説明する。本実施形態は、第２実施形態の変形例である。以下、第１、第２実施形態と共通の参照符号を付した要素は、第１、第２実施形態で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、第２実施形態とは異なる点を主に説明する。

本実施形態の撮像素子１００は、撮像で使用する画素アレイ１０１の周囲に設けられた演算用（補正用）の画素アレイ８０２を有する。演算用の画素アレイ８０２は、撮像には用いない。つまり、画素アレイ８０２に入射する放射線は、通常、撮像素子１００が出力する画像データに反映されない。演算用の画素アレイ８０２を構成する画素（補正用の画素）の構成は、図２を用いて説明した撮像用の画素１０２と同じ構成であってよい。

第２実施形態の演算フィルタでバックグラウンド成分を算出する場合において、対象画素が図８に示すように撮像用の画素アレイ１０１の周縁部の画素８０３だった場合、フィルタ領域内に演算用の画素が含まれる。この場合、本実施形態では、撮像用の画素アレイ１０１の画素からの画素信号に加えて、演算用の画素アレイ８０２の画素からの画素信号を使用して、バックグラウンド成分を算出する。

この方法によれば、撮像用の画素アレイの外周部の画素８０３に対してもフィルタ処理によって精度の高いバックグラウンド成分を算出することができる。これによりバックグラウンド成分を減算した後の画像の周辺部の画質がより向上する。

《第５実施形態》
第５実施形態に係る放射線検出器について説明する。本実施形態は、第２実施形態の変形例である。以下、第１、第２実施形態と共通の参照符号を付した要素は、第１、第２実施形態で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、第２実施形態とは異なる点を主に説明する。

本実施形態は、フィルターサイズの決定方法が第２実施形態と異なる。直接変換型の撮像素子１００によって放射線を検出する場合において、フィルターサイズが小さいときに起こる現象について、以下で説明する。

図９（ａ～ｅ）は本実施形態によるバックグラウンド成分の算出方法を説明するための図である。図９（ａ、ｂ）は、画素アレイ１０１に放射線が照射されたときの各画素１０２の出力を表す模式図である。図９（ｃ、ｄ）は、演算フィルタを示す図である。図９（ｅ）は、画素１０２の断面構成を表す図である。

第１実施形態で述べたように、１つの放射線（１光子又は１粒子）が画素に入射したとき、隣接する複数の画素にまたがって信号電荷を発生することがある。これをクラスターと呼び、１つのクラスターの画素数をクラスターサイズＡとする。言い換えると、クラスターとは、画素アレイの画素を放射線が入射したか否かに応じて二値化して表現した二値化画像において、放射線が入射した画素（図９（ａ、ｂ）の着色ドット）からなる連結成分（例えば４連結成分又は８連結成分）である。また、１枚のフレーム画像中のクラスターサイズＡの最大値をＡｍａｘとする。

第２実施形態のように、対象画素とその周辺の画素を含む演算フィルタを用いてバックグラウンド成分を算出する場合、演算フィルタのフィルターサイズが２Ａｍａｘ＋１以上であれば、バックグラウンド成分を安定して算出することができる。一方、フィルターサイズが２Ａｍａｘ＋１未満の場合、１枚のフレーム画像中にフィルターサイズを超えるクラスターが含まれる可能性がある。このとき、クラスターを含む領域に対して演算フィルタを適用すると、放射線が入射した画素の画素信号の値がメディアン又は最頻値となって、バックグラウンド成分として算出される値が妥当ではない可能性がある。

例えば、図９（ａ）の場合、クラスターサイズＡの最大値は領域９０１に示すクラスターのサイズである４となる（Ａｍａｘ＝４）。この場合、フィルターサイズは９（＝２×４＋１）以上であれば、各画素について妥当なバックグラウンド成分を算出することができる。例えば、図９（ｃ）に示す３×３画素の演算フィルタ９０３を用いることができる。

一方、図９（ｂ）の場合、クラスターサイズＡの最大値は領域９０２に示すクラスターのサイズである６となる（Ａｍａｘ＝６）。この場合、図９（ｃ）に示す３×３画素の演算フィルタでは、妥当なバックグラウンド成分を算出できない可能性がある。例えば、図９（ｂ）の画素９０２ａを対象画素として３×３画素の演算フィルタを適用した場合、フィルタ領域内においてクラスターの画素が多数派となり、放射線が入射した画素の画素信号がバックグラウンド成分となってしまう。

図９（ｂ）の場合には、フィルターサイズは１３（＝２×６＋１）以上であれば、各画素について妥当なバックグラウンド成分を算出することができる。例えば、図９（ｄ）に示す５×５画素の演算フィルタ９０４を用いることができる。なお、フィルターサイズが１３以上であればよいので、７×２、５×３、といったサイズでもよい。

放射線の照射条件に応じて、Ａｍａｘの値はフレームごとに変わりうる。そのため、フレームごとにＡｍａｘ値を算出してフィルターサイズを変えることができる。例えば、１枚のフレーム画像を構成する全ての画素信号を、放射線が入射した画素からの出力と入射していない画素からの出力とに分類し、放射線が入射した画素の連結成分をクラスターとする。放射線が入射した画素からの出力と入射していない画素からの出力とを判別する閾値は、例えば、直前のフレームにおける各画素のバックグラウンド成分（又はその平均値）とする。１枚のフレーム画像に含まれる全てのクラスターのサイズの最大値がＡｍａｘとなる。

そして、直前のフレームで算出されたＡｍａｘを用いて、次のフレームにおけるフィルターサイズを決定する。即ち、本実施形態では、フィルタ処理に用いるフィルタ領域の大きさが、フレーム毎に変更される。

次のフレームの画素信号が読み出されると、決定されたフィルターサイズに基づいて、当該次のフレームの画素信号を用いて、各画素の画素信号のバックグラウンド成分が算出される。即ち、本実施形態では、現在のフレームより前のフレームの情報をフィードバックするものの、バックグラウンド成分を求める対象の画素信号と同じフレームの画素信号を用いてバックグラウンド成分を算出する点は他の実施形態と共通である。

なお、撮影中の何らかの異常によって突発的にＡｍａｘが大きくなった場合を想定して、予めフィルターサイズに上限を設けてもよい。上限値を設定しておくことで、フィルターサイズが突発的に大きくなることでＤＦＥ１０８の処理負荷が極端に大きくなるのを回避することができる。

本実施形態によれば、１つの放射線が複数の画素にまたがって信号電荷を発生させる場合においても、各画素について適切なバックグラウンド成分を算出することができる。

（変形例１）
以上の説明では、Ａｍａｘをフレーム毎に決める方法を例示した。変形例２として、撮像素子１００の構造に基づいてクラスターサイズの最大値Ａｍａｘを見積もることで、予め求めたフィルターサイズに固定してもよい。

図９（ｅ）はセンサの断面構造の一部分を示した図である。図９（ｅ）は、図２のフォトダイオード２０１、浮遊拡散容量２０２及びトランジスタ２０３に相当する部分の断面を表す。ここでは、信号電荷を発生させる部分がＮ型、トランジスタ２０３がＮＰＮ型の場合について示している。半導体基板２００の内部には、フォトダイオード２０１の電荷蓄積領域を構成するＮ型の半導体領域２０１ｎと、浮遊拡散容量２０２を構成するＮ型の半導体領域が設けられている。半導体基板２００の上には、トランジスタの２０３のゲート電極２０３Ｇがゲート絶縁膜を介して設けられている。

半導体基板２００の表面をＳｆ１とし、半導体基板２００の裏面をＳｆ２とする。半導体基板２００の表面Ｓｆ１から、裏面Ｓｆ２までの距離、すなわち半導体基板２００の厚みをｘ２とする。放射線を検出可能な有感度層の厚みをｘ１とする。厚みｘ１は、半導体基板２００の表面Ｓｆ１から半導体領域２０１ｎの下面までの基板厚み方向の距離である。半導体領域２０１ｎの下面は、半導体領域２０１ｎとＰＮ接合を形成するＰ型の半導体領域との境界である。ここで、放射線を検出可能な実質的な有感度層は、半導体領域２０１ｎとＰ型の半導体領域とによって形成される空乏層まで含み得るが、簡単のために有感度層の厚みは半導体領域２０１ｎの厚みｘ１とする。

クラスターサイズが決まる要因としては、照射する放射線のエネルギー、フォトダイオード有感度層の厚みｘ１、半導体基板２００の厚みｘ２、画素ピッチが挙げられる。フォトダイオードの材料としてシリコンを用いる場合、有感度層の厚みｘ１は数μｍから数十μｍ、半導体基板の厚みｘ２は数十μｍから数百μｍ程度が一般的である。入射した放射線が有感度層を突き抜けることを前提として検討した結果、下式でＡｍａｘを見積もることができた。ここで、画素ピッチとは、画素アレイにおける画素の配置間隔であり、１つの画素の基準点（例えば有感度層の中央）から隣り合う画素の基準点までの距離をいう。垂直方向と水平方向の画素ピッチが異なる場合は、平均値とする。また、下式の右辺が非整数となる場合は小数点第１位で四捨五入する。
Ａｍａｘ＝３．５×ｘ１［μｍ］／画素ピッチ［μｍ］

上記のＡｍａｘを用いて、フィルターサイズを２Ａｍａｘ＋１と設定することで、１つの放射線が複数の画素にまたがって信号電荷を発生させる場合においても、各画素について適切なバックグラウンド成分を算出することができる。

なお、予めＡｍａｘを見積もってフィルターサイズを固定する場合、Ａｍａｘの値（又はフィルターサイズ）は、撮像素子が備える不揮発性の記憶領域に格納され、ＤＦＥ１０８による演算に用いられる。また、少なくとも上式で定まるＡｍａｘに対して２Ａｍａｘ＋１以上のフィルターサイズになっていれば、他の方法で求めたフィルターサイズを用いてもよい。

（変形例２）
Ａｍａｘを見積もる他の方法として、撮像時と同等の条件で取得したフレーム画像におけるクラスターサイズの統計値を用いることが考えられる。例えば、撮像時と同じ照射レートとなるように線源の出力を調整した状態でフレーム画像を取得し、フレーム画像からクラスターサイズの分布を算出する。クラスターサイズの平均値をＡａｖｅとし、標準偏差をＡσとする。このとき、下記の式でＡｍａｘを定めてもよい。
Ａｍａｘ＝Ａａｖｅ＋Ａσ

これにより、１つの放射線が複数の画素にまたがって信号電荷を発生させる場合においても、各画素について適切なバックグラウンド成分を算出することができる。なお、上式で定まるＡｍａｘに対して２Ａｍａｘ＋１以上のフィルターサイズになっていれば、他の方法で求めたフィルターサイズを用いてもよい。

《第６実施形態》
第６実施形態に係る放射線検出器について説明する。本実施形態は、フォトダイオードとしてＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）やＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）などの化合物半導体を用いた放射線検出器の例である。以下、第１実施形態と共通の参照符号を付した要素は、第１実施形態で説明したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものとし、第１実施形態とは異なる点を主に説明する。

ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅをフォトダイオードとして用いる場合、信号読出回路部は別途作成したＣＭＯＳトランジスタ等で構成し、フォトダイオードと回路部をハンダ等で接合して放射線検出器を作成する。

図１０は、本実施形態における画素１０２（図１）の構成例を示す図である。画素１０２は、化合物半導体で構成されるフォトダイオード１００１と、フォトダイオード１００１に電圧を印加する陽極１００２及び陰極１００３と、フォトダイオード１００１で発生した信号を増幅する増幅回路１００４と、を有する。陰極１００３をパターニングすることで、二次元状の画素アレイ１０１が構成される。なお、この構成ではホールを信号キャリアとして扱うが、電極の材料次第では、電子を信号キャリアとしてもよく、また回路の構成もこの限りではない。

信号処理部の構成および信号処理の方法は上述した各実施形態と同様のものを用いることができる。このように、フォトダイオードとしてＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ等の化合物半導体を用いた場合でも、画素アレイ１０１から読み出されるフレーム毎の画素信号を用いてバックグラウンド成分を算出することで、上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。

《第７実施形態》
第７実施形態として、放射線検出器が組み込まれた放射線撮像システムについて、図１１を用いて説明する。

図１１に示す放射線撮像システム１１００は、放射線検出器１としての放射線撮像装置１１０１と、曝射制御部１１０２と、線源１１０３と、コンピュータ１１０４と、を含む。放射線検出器１は、直接変換型の撮像素子１００としての撮像パネル１００Ｐを有する。放射線検出器１及び撮像素子１００は、第１実施形態～第６実施形態で説明したものを用いることができる。

線源１１０３は、曝射制御部１１０２からの曝射指令に従って放射線の照射を開始する。線源１１０３から放射された放射線は、撮像対象（被検体）を透過して放射線撮像装置１１０１の撮像素子１００に入射する。線源１１０３は、曝射制御部１１０２からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。

放射線撮像装置１１０１は、例えば、医療画像診断や非破壊検査などで放射線撮影に用いるフラットパネルディテクターである。放射線撮像装置１１０１の撮像パネル１００Ｐは、撮像対象のサイズに合わせた大きさの板状とすることができる。例えば、撮像素子１００は、５５０ｍｍ×４４５ｍｍの基板に対して、３３００×２８００の画素が配される。

放射線撮像装置１１０１は、上述の撮像パネル１００Ｐと、撮像パネル１００Ｐを制御するための制御部１１０５と、撮像パネル１００Ｐから出力される信号を処理するための信号処理部１１０６と、を含む。信号処理部１１０６が、上述した各実施形態の方法により、撮像パネル１００Ｐから出力される画素信号のバックグラウンド成分を求めて、画素信号からバックグラウンド成分を減算する処理を行うようにしてもよい。また、信号処理部１１０６は、例えば、撮像パネル１００Ｐから出力される信号をＡ／Ｄ変換し、コンピュータ１１０４にデジタル画像データとして出力してもよい。また、信号処理部１１０６は、例えば、撮像パネル１００Ｐから出力される信号に基づいて、線源１１０３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してもよい。停止信号は、コンピュータ１１０４を介して曝射制御部１１０２に供給され、曝射制御部１１０２は、停止信号に応答して線源１１０３に対して停止指令を送る。

制御部１１０５は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、または、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、または、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、または、これらの全部または１部の組み合わせによって構成されうる。

本実施形態において、信号処理部１１０６は、制御部１１０５の中に配される、または制御部１１０５の一部の機能であるように示されているが、これに限られるものではない。制御部１１０５と信号処理部１１０６とは、それぞれ別の構成であってもよい。さらに、信号処理部１１０６は、放射線撮像装置１１０１とは別に配されていてもよい。例えば、コンピュータ１１０４が、信号処理部１１０６の機能を有していてもよい。このため、信号処理部１１０６は、放射線撮像装置１１０１から出力される信号を処理する信号処理装置として、放射線撮像システム１１００に含まれうる。

コンピュータ１１０４は、放射線撮像装置１１０１および曝射制御部１１０２の制御や、放射線撮像装置１１０１から放射線画像データを受信し、放射線画像として表示するための処理を行いうる。また、コンピュータ１１０４は、ユーザが放射線画像の撮像を行う条件を入力するための入力部として機能しうる。

一例として、曝射制御部１１０２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、曝射指令を線源１１０３に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ１１０４に送る。開始通知を受けたコンピュータ１１０４は、開始通知に応答して、放射線の照射の開始を放射線撮像装置１１０１の制御部１１０５に通知する。これに応じて、制御部１１０５は、撮像パネル１００Ｐにおいて、入射する放射線に応じた信号を生成させる。

《第８実施形態》
第８実施形態として、放射線検出器が組み込まれた放射線撮像システムの他の例について、図１２（ａ、ｂ）を用いて説明する。

図１２（ａ）は、放射線検出器１を備えた放射線撮像システムとしての機器ＥＱＰを示している。放射線検出器１は、半導体デバイスである撮像素子１００のほかに、撮像素子１００を実装するためのパッケージＰＫＧを含む。

パッケージＰＫＧは、撮像素子１００が固定された基体と、撮像素子１００に対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と撮像素子１００に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。撮像素子１００は、画素１０２がマトリックス配列された画素アレイ１０１とその周辺の周辺領域ＰＲを有する。周辺領域ＰＲには周辺回路（例えば、垂直走査回路１０３やＤＦＥ１０８）を設けることができる。

機器ＥＱＰは、光学系ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹ、機械装置ＭＣＨＮの少なくともいずれかをさらに備え得る。光学系ＯＰＴは放射線を放射線検出器１に結像するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。光学系ＯＰＴは、扱う放射線の種類に応じて、例えば電子線や陽子線等の粒子線を放射線検出器１に結像するものであってもよい。制御装置ＣＴＲＬは放射線検出器１を制御するものであり、例えばＡＳＩＣである。処理装置ＰＲＣＳは放射線検出器１から出力された信号を処理するものであり、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの装置である。表示装置ＤＳＰＬは放射線検出器１で得られた情報を可視画像等の形式で表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置ＭＭＲＹは、放射線検出器１で得られた情報を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置ＭＭＲＹは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。

機器ＥＱＰは、放射線検出器１から出力された信号を表示装置ＤＳＰＬに表示したり、機器ＥＱＰが備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器ＥＱＰは、放射線検出器１が有する記憶回路や演算回路とは別に、記憶装置ＭＭＲＹや処理装置ＰＲＣＳを更に備えることが好ましい。機械装置ＭＣＨＮは、放射線検出器１から出力され信号に基づいて制御されてもよい。

図１２（ａ）に示した機器ＥＱＰは、内視鏡や放射線診断機器などの医療機器や、測距センサなどの計測機器、電子顕微鏡のような分析機器であってもよい。

図１２（ｂ）は、機器ＥＱＰの例として、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の構成を示す概略図である。電子顕微鏡としての機器ＥＱＰは、電子線源１２０２（電子銃）と、照射レンズ１２０４と、真空チャンバー１２０１（鏡筒）と、対物レンズ１２０６と、拡大レンズ系１２０７と、放射線検出器１としてのカメラ１２０９と、を有する。

電子線源１２０２より放出されたエネルギー線である電子線１２０３は、照射レンズ１２０４によって集束され、試料ホルダーに保持されている、分析対象としての試料Ｓに照射される。電子線１２０３が通過する空間は、真空チャンバー１２０１（鏡筒）によって形成され、この空間は真空に保持される。放射線検出器１は電子線１２０３が通過する真空の空間に面するように配置される。試料Ｓを透過した電子線１２０３は、対物レンズ１２０６と拡大レンズ系１２０７により拡大され、放射線検出器１に投影される。試料Ｓに電子線を照射するための電子光学系を照射光学系といい、試料Ｓを透過した電子線を放射線検出器１に結像させるための電子光学系を結像光学系という。

電子線源１２０２は、電子線源制御装置１２１１によって制御される。照射レンズ１２０４は、照射レンズ制御装置１２１２によって制御される。対物レンズ１２０６は、対物レンズ制御装置１２１３によって制御される。拡大レンズ系１２０７は、拡大レンズ系制御装置１２１４によって制御される。試料ホルダーの制御機構１２０５は、試料ホルダーの駆動機構を制御するホルダー制御装置１２１５によって制御される。

試料Ｓを透過した電子線１２０３は、カメラ１２０９の直接検出器１２００で検出される。直接検出器１２００からの出力信号は、処理装置ＰＲＣＳとしての信号処理装置１２１６と画像処理装置１２１８によって処理され、画像信号が生成される。生成された画像信号（透過電子像）が表示装置ＤＳＰＬに相当する画像表示用モニタ１２２０と解析用モニタ１２２１に表示される。

カメラ１２０９は機器ＥＱＰの下部に設けられる。カメラ１２０９は、直接検出器１２００（Ｄｉｒｅｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を有する。直接検出器１２００が撮像素子１００に相当する。カメラ１２０９の少なくとも一部は真空チャンバー１２０１によって形成された真空空間に露出するように、カメラ１２０９の中に設けられる。

電子線源制御装置１２１１と、照射レンズ制御装置１２１２と、対物レンズ制御装置１２１３と、拡大レンズ系制御装置１２１４と、ホルダー制御装置１２１５のそれぞれは、画像処理装置１２１８と接続されている。これにより、電子顕微鏡の撮影条件を設定するために、相互にデータのやりとりが行えるようになっている。例えば、０．５ｅｌｅｃｔｒｏｎ／ｐｉｘ／ｆｒｍ以下となるように電子線の照射レートを設定することができる。この場合、電子線源制御装置１２１１及び画像処理装置１２１８は、放射線の照射レートを制御する制御手段として機能する。画像処理装置１２１８からの信号によって、試料ホルダーの駆動制御や各レンズの観察条件の設定ができる。

オペレータは撮影対象となる試料Ｓを準備し、画像処理装置１２１８に接続されている入力装置１２１９を用いて撮影条件を設定する。電子線源制御装置１２１１と、照射レンズ制御装置１２１２と、対物レンズ制御装置１２１３と、拡大レンズ系制御装置１２１４に、それぞれ所定のデータを入力し、所望の加速電圧、倍率、観察モードが得られるようにする。また、オペレータは、連続視野像枚数、撮影開始位置、試料ホルダーの移動速度などの条件を、マウスやキーボード、タッチパネルなどの入力装置１２１９を用いて画像処理装置１２１８に入力する。オペレータの入力によらずに画像処理装置１２１８が自動的に条件を設定する仕様としてもよい。

以上の第７実施形態及び第８実施形態で説明した放射線撮像システムは例示に過ぎず、第１実施形態～第６実施形態で説明した放射線検出器を他のシステムに適用してもよい。

また、以上の実施形態では、撮像と同時に画素信号のバックグラウンド成分を求める手法を放射線検出器又は放射線撮像システムに適用した例を説明した。これに限らず、例えばＳＰＡＤ（単一光子アバランシェダイオード）を用いた検出器及びこれを備えた撮像システムに、各実施形態で説明した手法を適用してもよい。これにより、撮像と同時性のあるバックグラウンド成分を求めて画像データからバックグラウンド成分を除去することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

（本開示のまとめ）
本開示には、以下の構成又は方法が開示されている。

（構成１）
放射線を電荷に直接変換する複数の画素と、
フレーム毎に前記複数の画素から画素信号を読み出す読出回路と、
前記読出回路によって読み出された画素信号を処理する処理手段と、
を備えた放射線検出器であって、
前記処理手段は、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める、
ことを特徴とする放射線検出器。

（構成２）
前記処理手段は、前記読出回路によって読み出された画素信号から前記バックグラウンド成分を減算した補正後データを算出し、
前記放射線検出器は、前記補正後データを外部に出力する、
ことを特徴とする構成１に記載の放射線検出器。

（構成３）
前記処理手段は、前記複数の画素及び前記読出回路と同じ基板上に設けられている、
ことを特徴とする構成１又は２に記載の放射線検出器。

（構成４）
前記処理手段は、前記複数の画素の各画素について、当該画素を含む所定のフィルタ領域内の画素の画素信号に対してフィルタ処理を施すことで、前記バックグラウンド成分を求める、
ことを特徴とする構成１乃至３のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成５）
前記処理手段は、前記フィルタ領域内の画素の画素信号のメディアンを、前記バックグラウンド成分の値とする、
ことを特徴とする構成４に記載の放射線検出器。

（構成６）
前記処理手段は、前記フィルタ領域内の画素の画素信号の最頻値を、前記バックグラウンド成分の値とする、
ことを特徴とする構成４に記載の放射線検出器。

（構成７）
前記フィルタ領域は、行列状に配置される前記複数の画素において、前記バックグラウンド成分を求める対象の画素を中心とする矩形領域である、
ことを特徴とする構成４乃至６のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成８）
前記フィルタ領域は、行列状に配置される前記複数の画素において、前記バックグラウンド成分を求める対象の画素を含む１行の領域である、
ことを特徴とする構成４乃至６のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成９）
前記複数の画素の１行分の画素からの画素信号を保持するラインメモリを更に有し、
前記処理手段は、前記ラインメモリに保持された画素信号を用いて、前記複数の画素の行ごとに前記バックグラウンド成分を求める、
ことを特徴とする構成８に記載の放射線検出器。

（構成１０）
前記処理手段は、放射線の１つの光子又は１つの粒子によって電荷が発生する画素数の最大値をＡｍａｘとした場合に、前記フィルタ領域に含まれる画素の数が２Ａｍａｘ＋１以上となるように、フレーム毎に前記フィルタ領域の大きさを変更する、
ことを特徴とする構成４乃至６のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１１）
前記処理手段は、各フレームのＡｍａｘの値が予め定めた上限値を超える場合は、前記上限値をＡｍａｘの代わりに用いて当該フレームにおける前記フィルタ領域の大きさを決定する、
ことを特徴とする構成１０に記載の放射線検出器。

（構成１２）
前記複数の画素が放射線を検出可能な有感度層の厚さをｘ１として、
前記フィルタ領域の大きさは、前記ｘ１及び前記複数の画素の画素ピッチに対して下の式を満たすＡｍａｘに対して２Ａｍａｘ＋１以上となるように予め設定されている、
Ａｍａｘ＝３．５×ｘ１［μｍ］／画素ピッチ［μｍ］
ことを特徴とする構成４乃至６のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１３）
放射線の１つの光子又は１つの粒子によって電荷が発生する画素数の平均値をＡａｖｅとし、前記画素数の標準偏差をＡσとして、
前記フィルタ領域の大きさは、下の式を満たすＡｍａｘに対して２Ａｍａｘ＋１以上となるように予め設定されている、
Ａｍａｘ＝Ａａｖｅ＋Ａσ
ことを特徴とする構成４乃至６のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１４）
前記複数の画素の周囲に配置され且つ前記読出回路によって補正用の画素信号を読み出される補正用の画素であって、前記補正用の画素信号は前記放射線検出器が出力する画像データに含まれないように構成された補正用の画素を更に備え、
前記処理手段は、前記複数の画素の周縁部の画素を対象に前記フィルタ処理を施す場合、前記補正用の画素の内で前記フィルタ領域内に位置する画素からの画素信号を用いて、前記バックグラウンド成分を求める、
ことを特徴とする構成４乃至１３のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１５）
前記読出回路は、前記複数の画素の内の第１の画素群から画素信号を読み出す第１経路と、前記複数の画素の内で前記第１の画素群とは別の第２の画素群から画素信号を読み出す第２経路と、を含み、
前記処理手段は、前記複数の画素の各画素について、当該画素と同じ画素群に属する画素に対してフィルタ処理を施すことで、前記バックグラウンド成分を求める、
ことを特徴とする構成４乃至１３のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１６）
前記複数の画素からの１フレーム分の画素信号を保持するフレームメモリを更に有し、
前記処理手段は、前記フレームメモリに保持された画素信号を用いて、前記バックグラウンド成分を求める、
ことを特徴とする構成１乃至１５のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１７）
前記複数の画素は、テルル化カドミウム又はテルル化カドミウム亜鉛で形成された変換素子を有する、
ことを特徴とする構成１乃至１６のいずれか１つに記載の放射線検出器。

（構成１８）
放射線を撮像対象に照射する線源と、
構成１乃至１７のいずれか１つに記載の放射線検出器と、
１フレームあたり且つ前記放射線検出器の画素１つあたりに入射する放射線の光子又は粒子の数の平均値が０．５以下となるように、放射線の照射レートを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

（方法１９）
放射線を電荷に直接変換する複数の画素からフレーム毎に画素信号を読み出す読出ステップと、
前記読出ステップで読み出された画素信号を処理する処理ステップと、
を含む放射線画像処理方法であって、
前記処理ステップにおいて、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める、
ことを特徴とする放射線画像処理方法。

（構成２０）
方法１９に記載の放射線画像処理方法の各ステップを、放射線撮像システムが備えるコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体。

１…放射線検出器／１０２…画素／１０３～１０７…読出回路（垂直走査回路、垂直信号線、列回路、列メモリ、水平走査回路）／１０８…処理手段（ＤＦＥ）

Claims (20)

1. 放射線を電荷に直接変換する複数の画素と、
   フレーム毎に前記複数の画素から画素信号を読み出す読出回路と、
   前記読出回路によって読み出された画素信号を処理する処理手段と、
   を備えた放射線検出器であって、
   前記処理手段は、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める、
   ことを特徴とする放射線検出器。
2. 前記処理手段は、前記読出回路によって読み出された画素信号から前記バックグラウンド成分を減算した補正後データを算出し、
   前記放射線検出器は、前記補正後データを外部に出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記処理手段は、前記複数の画素及び前記読出回路と同じ基板上に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
4. 前記処理手段は、前記複数の画素の各画素について、当該画素を含む所定のフィルタ領域内の画素の画素信号に対してフィルタ処理を施すことで、前記バックグラウンド成分を求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
5. 前記処理手段は、前記フィルタ領域内の画素の画素信号のメディアンを、前記バックグラウンド成分の値とする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
6. 前記処理手段は、前記フィルタ領域内の画素の画素信号の最頻値を、前記バックグラウンド成分の値とする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
7. 前記フィルタ領域は、行列状に配置される前記複数の画素において、前記バックグラウンド成分を求める対象の画素を中心とする矩形領域である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
8. 前記フィルタ領域は、行列状に配置される前記複数の画素において、前記バックグラウンド成分を求める対象の画素を含む１行の領域である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
9. 前記複数の画素の１行分の画素からの画素信号を保持するラインメモリを更に有し、
   前記処理手段は、前記ラインメモリに保持された画素信号を用いて、前記複数の画素の行ごとに前記バックグラウンド成分を求める、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線検出器。
10. 前記処理手段は、放射線の１つの光子又は１つの粒子によって電荷が発生する画素数の最大値をＡｍａｘとした場合に、前記フィルタ領域に含まれる画素の数が２Ａｍａｘ＋１以上となるように、フレーム毎に前記フィルタ領域の大きさを変更する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
11. 前記処理手段は、各フレームのＡｍａｘの値が予め定めた上限値を超える場合は、前記上限値をＡｍａｘの代わりに用いて当該フレームにおける前記フィルタ領域の大きさを決定する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線検出器。
12. 前記複数の画素が放射線を検出可能な有感度層の厚さをｘ１として、
    前記フィルタ領域の大きさは、前記ｘ１及び前記複数の画素の画素ピッチに対して下の式を満たすＡｍａｘに対して２Ａｍａｘ＋１以上となるように予め設定されている、
    Ａｍａｘ＝３．５×ｘ１［μｍ］／画素ピッチ［μｍ］
    ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
13. 放射線の１つの光子又は１つの粒子によって電荷が発生する画素数の平均値をＡａｖｅとし、前記画素数の標準偏差をＡσとして、
    前記フィルタ領域の大きさは、下の式を満たすＡｍａｘに対して２Ａｍａｘ＋１以上となるように予め設定されている、
    Ａｍａｘ＝Ａａｖｅ＋Ａσ
    ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
14. 前記複数の画素の周囲に配置され且つ前記読出回路によって補正用の画素信号を読み出される補正用の画素であって、前記補正用の画素信号は前記放射線検出器が出力する画像データに含まれないように構成された補正用の画素を更に備え、
    前記処理手段は、前記複数の画素の周縁部の画素を対象に前記フィルタ処理を施す場合、前記補正用の画素の内で前記フィルタ領域内に位置する画素からの画素信号を用いて、前記バックグラウンド成分を求める、
    ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
15. 前記読出回路は、前記複数の画素の内の第１の画素群から画素信号を読み出す第１経路と、前記複数の画素の内で前記第１の画素群とは別の第２の画素群から画素信号を読み出す第２経路と、を含み、
    前記処理手段は、前記複数の画素の各画素について、当該画素と同じ画素群に属する画素に対してフィルタ処理を施すことで、前記バックグラウンド成分を求める、
    ことを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
16. 前記複数の画素からの１フレーム分の画素信号を保持するフレームメモリを更に有し、
    前記処理手段は、前記フレームメモリに保持された画素信号を用いて、前記バックグラウンド成分を求める、
    ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
17. 前記複数の画素は、テルル化カドミウム又はテルル化カドミウム亜鉛で形成された変換素子を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
18. 放射線を撮像対象に照射する線源と、
    請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の放射線検出器と、
    １フレームあたり且つ前記放射線検出器の画素１つあたりに入射する放射線の光子又は粒子の数の平均値が０．５以下となるように、放射線の照射レートを制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
19. 放射線を電荷に直接変換する複数の画素からフレーム毎に画素信号を読み出す読出ステップと、
    前記読出ステップで読み出された画素信号を処理する処理ステップと、
    を含む放射線画像処理方法であって、
    前記処理ステップにおいて、前記複数の画素の各画素の画素信号に含まれるバックグラウンド成分を、当該画素信号と同じフレームに前記複数の画素から読み出された画素信号の値を用いて求める、
    ことを特徴とする放射線画像処理方法。
20. 請求項１９に記載の放射線画像処理方法の各ステップを、放射線撮像システムが備えるコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体。

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