JP5121473B2 - 放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システム - Google Patents

放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システム Download PDF

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Description

本発明は、放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システムに関する。
近年、半導体技術の進歩により光を電気信号へ変換する変換素子をガラス基板上に形成した2次元配置したセンサを用いたデジタルX線撮像装置が実用化され普及している。
特許文献1には、複数のモード(順次読み出し、画素加算、トリミング、高フレームレート、高照射)に対応してあらかじめ取得されたオフセットデータを有するオフセットメモリを複数有し、モードに応じて選択して使用する放射線検出器が記載されている。
また、特許文献2には、事前に走査モードの変化(透視、撮影)したオフセットデータを収集するデジタル放射線撮影装置が記載されている。
透視撮影(動画撮影)においてフレームレート、すなわち、X線を照射し放射線画像データを取得する一連の動作の間隔は、下記の3つの理由で切り替えられる。
第1の理由として、被爆線量の低減が挙げられる。近年、X線被爆に関する関心が高く、なるべく低被爆線量で撮影できるX線診断装置や撮影手法が必要とされているなかで、パルス透視撮影とその透視フレームレートの設定によってなるべく被爆線量を下げることが行われるようになってきている。パルス透視とは、設定されたフレームレートに合わせてX線をパルス状に照射する透視撮影方法である。このパルス透視において設定されたフレームレートはすなわち単位時間当たりのX線照射量に他ならない。パルス透視であれば作業者が手術に支障のないレベルまでフレームレートを下げて撮影することによって被写体である患者の被爆線量を下げることができる。例えば、血管造影におけるマスク画像の取得、インジェクターによる造影剤注入開始、造影剤注入終了という一連の作業において、作業状態を応じてフレームレートを適宜切り替えてなるべく患者の被爆線量を抑えるといった例があげられる。よって、任意にフレームレートを切り替えることが可能な透視システムが必要とされている。
第2の理由は、被写体の動きとの同期である。心臓の心拍や、寝台の移動等様々な被写体の動きに対して、同期して撮影するアプリケーションが研究・開発されている。
第3の理由は、透視システムが様々なX線診断システムに応用されつつある為である。一つは簡易CT的な応用である。CT(Computed Tomography)は、被写体の周囲を円周上にX線で走査することで被写体のX線断層画像を得る手法である。近年はディテクタとして平面X線検出器を用いた透視システムのオプション機能として付加されるものがある。透視システムは、X線源と検出器が対向して配置されているので、被写体中心に回転することでCTと同様の撮影が可能となる。正確なCT画像を得る為には回転の角速度と撮影フレームの同期が必須であるため、動き出しからの角速度の変化を考慮して画像を取得する必要がある。このためフレームレートを任意に変えなければならない。
以上に述べたように、透視システムにおいてフレームレートの切り替えの要求はあるものの平面X線検出器においては先に開示した特許文献で課題に挙げているように、フレームレート切り替え直後にオフセット補正が十分でないという課題がある。オフセット補正とは、平面X線検出器から出力されるX線量に依存しない出力を補正するものである。オフセットの要素は様々であり、読み出し回路の電気的オフセットや変換素子から出る暗電流によるものがある。フレームレート切り替え後にオフセット補正が十分に行えない理由は、蓄積時間がフレームレートによって異なるためである。さらにその誤差を拡大する要素として、フレームレートの切り替えに合わせて読み出し回路のゲイン設定切り替えや、画素加算による取得ライン数の変化が挙げられる。
この課題に対して、特許文献1及び2ではフレームレートの切り替えパターン毎にオフセット補正用データを持つことで対応している。
特開2001−99944号公報 特開2004−194702号公報
しかしながら、この方法では多くのフレームレート数に対応するには莫大な量のオフセット補正データを持つ必要があり、そのための記憶装置容量やフレームレートの切り替えを解析するシステムを具備しなくてはならない。さらに、オフセット自体は常に一定ではなく、装置の使用環境や稼動年数、さらにはどのようなX線量で撮影を行ったか等で変化する為、保存したオフセットデータの更新や管理が必要となる。以上から、システムが煩雑な上、高価になる課題を抱えている。
本発明の目的は、負荷及びコストを増大することなく、任意のデータ取得周期(フレームレート)変更指示に対応可能な放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システムを提供することである。
本発明の放射線撮像装置は、行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行うためのエリアセンサと、前記エリアセンサを制御する制御手段とを有する放射線撮像装置であって、エリアセンサは、エリアセンサに放射線が照射されて読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、エリアセンサに放射線が照射されずに読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、制御手段は、第1の動作の読み出しの終了と、第2の動作の読み出しの終了との間の期間で、放射線画像データを取得する周期の切り替えを行うことを特徴とする。
また、本発明の放射線撮像装置は、行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行い2次元データを取得するためのエリアセンサと、エリアセンサを制御する制御手段とを有する放射線撮像装置であって、エリアセンサは、エリアセンサに放射線が照射されて前記読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、エリアセンサに放射線が照射されずに読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、制御手段は、第2の動作を行う期間に、第1の動作を行う第1の周期から第1の周期と異なる第2の周期に、2次元データを取得する周期の切り替えを行うことを特徴とする。
また、本発明の放射線撮像装置の制御方法は、行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行うエリアセンサを含む放射線撮像装置の制御方法であって、エリアセンサに放射線が照射されて読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、エリアセンサに放射線が照射されずに読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、前記第1の動作の前記読み出しの終了と、前記第2の動作の前記読み出しの終了との間で、前記放射線画像データを取得する周期を切り替える制御工程を含むことを特徴とする。
また、本発明の放射線撮像装置の制御方法は、行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号を行毎に読み出すエリアセンサから2次元データを取得する動作を行う放射線撮像装置の制御方法であって、エリアセンサに放射線が照射されて読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、エリアセンサに放射線が照射されずに読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、第2の動作を行う期間に、2次元データを取得する動作を行う周期を、第1の動作を行う第1の周期から第1の周期と異なる第2の周期に切り替える制御工程を含むことを特徴とする。
本発明により、フレームレートの切り替えパターン毎にオフセット補正用データを記憶する必要がないので、簡素化かつ低コストの構成でオフセット補正を行うことが可能になる。
(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態によるデジタル放射線(X線)撮像システムの構成例を示す図である。101はX線源である。102はX線制御装置である。103は制御PC(パーソナルコンピュータ)である。104は制御卓である。105はモニタである。106は画像処理・制御回路である。107はシステム回路である。108は読み出し回路である。109は電源ユニットである。110はセンサアレイである。111は平面X線検出器である。112は垂直駆動回路である。113は被写体である。
このデジタル放射線撮像システムは、X線源101、X線制御装置102及びデジタル放射線撮像装置を有する。X線源101は、放射線(X線)を発生及び照射する放射線発生装置である。デジタル放射線撮像装置は、制御PC103、制御卓104、モニタ105、画像処理・制御回路106、電源ユニット109及び平面X線検出器111を有する。平面X線検出器111は、システム回路107、読み出し回路108、センサアレイ110及び垂直駆動回路112を有し、放射線を電気信号に変換して2次元データを出力する2次元エリアセンサである。
制御PC103は、電源ユニット109に接続され、ユーザによる制御卓104の操作に応じて、X線制御装置102及び画像処理・制御回路106を制御し、画像及びデータ等をモニタ105に表示する。X線源101は、X線制御装置102の制御に応じて、被写体(人体)113に向けてX線を照射する。センサアレイ110は、被写体113を透過し被写体113の情報を担ったX線を電気信号へと変換及び蓄積する2次元配列の変換素子を有する。垂直駆動回路112は、センサアレイ110のスイッチング素子を制御し、画像信号を行単位で読み出す。読み出し回路108は、センサアレイ110の画像信号を読み出して増幅する。システム回路107は、画像信号をアナログからデジタルに変換する。画像処理・制御回路106は、システム回路107を介して、読み出した画像信号に対して画像処理を行う。制御PC103は、画像処理・制御回路106で処理された画像をモニタ105に表示することができる。
また、制御PC103は、センサアレイ110を駆動するための制御信号を読み出し回路108及び垂直駆動回路112へ出力したり、X線源101との同期をとったり、画像処理や画像の保存・表示を行うことができる。また、システム回路107は、センサアレイ110、垂直駆動回路112、読み出し回路108内の信号増幅回路で必要な電圧を作るレギュレータや動作タイミング回路を有する。
図3は、平面X線検出器111の構成例を示す図である。201はTFT(薄膜トランジスタ)である。202は変換素子である。203はセンサ電源である。204は可変ゲインアンプである。205は積分アンプである。206は増幅回路である。207はサンプルホールド回路である。208はマルチプレクサである。209はバッファアンプである。210はA/Dコンバータである。211はアンプ基準電源である。TFT201は、ゲートG、ソースS及びドレインDを有する。
センサアレイ110は、放射線を電気信号に変換する変換素子202と変換素子202により変換された電気信号を出力するためのTFT(スイッチング素子)201を組み合わせてなる画素を2次元に配置する。
ここで、説明の簡単ために4×4の画素をもつ平面X線検出器111について説明するが、実際の放射線撮像装置に用いられる平面X線検出器111の画素数は1000×1000〜2800×2800となっている。
センサアレイ110は、変換素子202とスイッチング素子であるTFT201を組み合わせた画素を2次元配置する。また、センサアレイ110は、変換素子202に蓄積した電荷を転送する信号配線Sig1〜Sig4、TFT201のゲートGに接続される駆動配線Vg1〜Vg4、変換素子202に必要な電圧Vsを供給する線の各共通配線が接続される。このセンサアレイ110の信号配線Sig1〜Sig4には、読み出し回路108、駆動配線Vg1〜Vg4には垂直駆動回路112が接続されている。
第1の行Line1は、駆動配線Vg1により制御される変換素子S11、S12、S13及びS14の画素からなる。第2の行Line2は、駆動配線Vg2により制御される変換素子S21、S22、S23及びS24の画素からなる。第3の行Line3は、駆動配線Vg3により制御される変換素子S31、S32、S33及びS34の画素からなる。第4の行Line4は、駆動配線Vg4により制御される変換素子S41、S42、S43及びS44の画素信号からなる。
読み出し回路108は、各信号配線Sig1〜Sig4と接続され、内部には信号配線Sig1〜Sig4と一対一で接続されている4個の増幅回路206がある。増幅回路206は、変換素子202から転送された電荷を蓄積及び増幅する積分アンプ205と、積分アンプ205の信号を増幅する可変ゲインアンプ204と、可変ゲインアンプ204からの出力を一時的に保持するサンプルホールド回路207を有する。増幅回路206は、信号の増幅とサンプリングを行う。積分アンプ205は、アンプのフィードバック部に接続されているキャパシタの数を変えることで増幅率を変えることができる。
増幅回路206内にあるサンプルホールド回路207の先には、サンプルホールド回路207に蓄積された電気信号を時系列的に読み出すマルチプレクサ208がある。マルチプレクサ208は、バッファアンプ209に順次電気信号(画像信号)を転送する。バッファアンプ209は、画像信号を増幅し、画像信号VoutをA/Dコンバータ210に出力する。A/Dコンバータ210は、バッファアンプ209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。
センサ電源203は、変換素子202が放射線または光を電荷に変換するのに必要な電圧Vsを供給する電源である。各変換素子202は、共有する線を介してセンサ電源203から電圧Vsが供給される。また、センサ電源203は、変換素子202の構造や変換方法によって使用する電圧値の大きさや極性、電源の数等が異なり、変換素子202が十分なS/Nが得られるように選択される。
センサアレイ110のTFT201は、横方向のTFT201と駆動配線Vg1〜Vg4を共有する形で接続されており、駆動配線Vg1〜Vg4には垂直駆動回路112が接続されている。垂直駆動回路112は、制御回路106から入力されたパルスD−CLK、OE、DIOに応じて、入力された二つの電源の電圧Vcom及びVssからなる駆動信号を出力する。さらに、垂直駆動回路112は、接続されている駆動配線Vg1〜Vg4に駆動信号を順次出力することができる。この垂直駆動回路112の動作によって、横1列のTFT201のオン/オフを制御することができる。
上述したセンサアレイ110の画素に用いられる変換素子202には、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型変換素子やPIN型変換素子、直接型変換素子が用いられる。
図4(a)〜(c)は、変換素子202の構造例を示す図である。図4(a)は、PIN型変換素子の構造例を示す。301はPIN下部電極である。302はP層である。303はI層である。304はN層である。305はPIN上部電極である。203はセンサ電源である。316はTFTである。317は蛍光体(波長変換体)である。318はX線(放射線)である。319は可視光である。PIN型変換素子は、X線318を可視光に変換する蛍光体317と、PINフォトダイオードとを組み合わせたものである。PINフォトダイオードは、P型アモルファスシリコンからなるP層(P型不純物半導体層)302と真性アモルファスシリコンからなるI層(真性半導体層)303とN型アモルファスシリコンからなるN層(N型不純物半導体層)304より構成される。上述のような変換素子では、人体を透過した人体の情報を担ったX線318は蛍光体317によって可視光319に変換されこの可視光319をPINフォトダイオードによって電荷に変換する。発生した電荷は、TFT316とPINフォトダイオード間の寄生容量に蓄積される。
図4(b)は、MIS型変換素子の構造例を示す。306はMIS下部電極である。307は絶縁層である。308はA−Si層(真性半導体層)である。309はN+層(N型不純物半導体層)である。310はMIS上部電極である。203はセンサ電源である。315はリフレッシュ用電源である。316はTFTである。317は蛍光体である。318はX線である。319は可視光である。MIS型変換素子は、X線318を可視光319に変換する蛍光体317と、MIS型フォトセンサとを組み合わせたものである。MIS型フォトセンサは、N+型アモルファスシリコンからなるN+層309と真性アモルファスシリコンからなるA−Si層308とアモルファス窒化シリコン膜からなる絶縁層307とから構成される。上述のようなMIS型変換素子では、人体を透過した人体の情報を担ったX線318は蛍光体317によって可視光319に変換されこの可視光319をMIS型フォトセンサによって電荷に変換する。発生した電荷は、A−Si層308と絶縁層307間に蓄積される。MIS型変換素子では、一度発生した電荷は蓄積し続けるため、定期的もしくは電荷の蓄積量を判断して、A−Si層308と絶縁層307に蓄積した電荷を掃き出すリフレッシュ動作を行う必要がある。このリフレッシュ動作を行うためMIS型変換素子では、センサバイアスの電圧値を2つ以上持つことが必要である。
前述のPIN型変換素子及びMIS型変換素子は、蛍光体317を用いてX線318を可視光319に変換し、その可視光319を電気信号に変換するため間接型と呼ばれる。間接型の変換素子は、PINフォトダイオードやMIS型フォトセンサなどの光電変換素子と、X線318を可視光319に変換する波長変換体を含んで構成される。図4(a)のPIN型変換素子及び図4(b)のMIS型変換素子は、光電変換素子の光入射面側に蛍光体(波長変換体)317を密着させている。蛍光体317は、X線318を波長変換して可視光319を生成する。
図4(c)は、直接型変換素子の構造例を示す。311は画素電極である。312はΑ−Se層である。313はセンサバイアス電極である。314はHV電源である。316はTFTである。318はX線である。直接型変換素子は、X線318を直接電気信号に変換する材料を用いたものであり、材料としてアモルファスセレンの層312が用いられる。このアモルファスセレンは、数kVの電圧を印加することでX線318を電荷に変換することができる。
上記のTFTやMIS型変換素子やPIN型変換素子は、アモルファスシリコンプロセスによって作られる。アモルファスシリコンプロセスが用いられる理由は、TFTや変換素子等の能動素子を大面積かつ均一に成膜でき、かつ、アモルファスシリコンは可視光に感度があること、X線耐性が強いこと等、X線撮像装置に用いられるセンサとして適しているためである。
図1(a)及び(b)は、本実施形態による放射線撮像装置の制御方法を示す図であり、X線透視撮影に用いる平面X線検出器111の駆動方法を示している。図1(a)中のW1、R1、W2、R2は、平面X線検出器111の駆動状態を模式的に示している。W1及びW2は、待機動作、すなわち、全ての画素のTFT201をオフにした状態である。この状態では変換素子202に電荷が蓄積される。R1及びR2は、読み出し動作、すなわち、変換素子202に蓄積された電荷を行毎に読み出し回路108に転送する動作を示す。転送されたアナログ画像データは読み出し回路108でデジタル画像データへ変換される。W1及びR1は、期間T11において30フレーム/秒のフレームレートを実現するための待機動作及び読み出し動作を示す。W2及びR2は、期間T12において15フレーム/秒のフレームレートを実現するための待機動作及び読み出し動作を示す。
周期T1は、1/30秒のX線X−RAYの照射周期である。X線X−RAYの2回目の照射の前までは、X線照射は、周期がT1であり、30回/秒である。周期T3は、1/15秒のX線X−RAYの照射周期である。X線X−RAYの3回目の照射以降では、X線照射は、周期がT3であり、15回/秒である。周期T1及びT3の間の期間T2は、フレームレート切り替えのためのX線照射の周期の切り替え期間である。図2において、X線制御装置102は、X線照射の周期切り替え信号に応じて、X線源101が照射するX線の周期を変えることができる。X線(放射線)照射の周期は、X線が一定間隔で複数回照射される場合のX線照射周期であり、X線照射の開始から次のX線照射の開始までの間の期間である。
オフセットデータF0は、X線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されずに、待機動作W1及び読み出し動作R1を行うことにより生成されるフレーム画像データである。ここで、本発明において、2次元エリアセンサがオフセットデータ、例えばF0等、を取得する動作を第2の動作とする。次に、放射線画像データX1は、1回目のX線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されて、待機動作W1及び読み出し動作R1を行うことにより生成されるフレーム画像データである。ここで、本発明において、2次元エリアセンサが放射線画像データ、例えばX1等、を取得する動作を第1の動作とする。次に、オフセットデータF1は、X線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されずに、待機動作W1及び読み出し動作R1を行うことにより生成されるフレーム画像データである。次に、放射線画像データX2は、2回目のX線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されて、待機動作W1及び読み出し動作R1を行うことにより生成されるフレーム画像データである。なお、本発明において、フレーム切り替え信号によりフレームレートが切り替えられる直前に取得された放射線画像データX2を第1の放射線画像データとする。また、フレームレートが切り替えられるより以前に取得されたオフセットデータ、例えばF0やF1等、を第1のオフセットデータとする。
ここで、フレーム切り替え信号により、フレームレートが30フレーム/秒から15フレーム/秒に切り替え指示される場合を説明する。以後、待機動作及び読み出し動作はW2及びR2となる。なお、本発明において、フレーム切り替え信号によりフレームレートが切り替えられる以前のフレーム画像データを取得する周期を第1の周期、フレームレートが切り替えられた以降のフレーム画像データを取得する周期を第2の周期とする。次に、オフセットデータF2は、X線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されずに、待機動作W2及び読み出し動作R2を行うことにより生成されるフレーム画像データである。次に、放射線画像データX3は、3回目のX線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されて、待機動作W2及び読み出し動作R2を行うことにより生成されるフレーム画像データである。次に、オフセットデータF3は、X線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されずに、待機動作W2及び読み出し動作R2を行うことにより生成されるフレーム画像データである。次に、放射線画像データX4は、4回目のX線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されて、待機動作W2及び読み出し動作R2を行うことにより生成されるフレーム画像データである。次に、オフセットデータF4は、X線X−RAYが2次元エリアセンサに照射されずに、待機動作W2及び読み出し動作R2を行うことにより生成されるフレーム画像データである。なお、本発明において、フレーム切り替え信号によりフレームレートが切り替えられた直後に取得された放射線画像データX3を第2の放射線画像データとする。また、フレームレートが切り替えられた後に取得されたオフセットデータ、例えばF3やF4等、を第2のオフセットデータとする。
期間T11において、1枚の放射線画像データを取得するための平面X線検出器111のデータ取得周期(第1の周期)は、待機動作W1及び読み出し動作R1の時間の和である。また、1枚のオフセットデータを取得するための平面X線検出器111のデータ取得周期(第1の周期)も、待機動作W1及び読み出し動作R1の時間の和である。これに対し、期間T12において、1枚の放射線画像データを取得するための平面X線検出器111のデータ取得周期(第2の周期)は、待機動作W2及び読み出し動作R2の時間の和である。また、1枚のオフセットデータを取得するための平面X線検出器111のデータ取得周期(第2の周期)も、待機動作W2及び読み出し動作R2の時間の和である。データ取得周期は、平面X線検出器111の1枚の画像のデータ取得時間を示す。
本実施形態では、放射線画像データXn(nは整数)及びオフセットデータFn(nは整数)の2枚の画像を読み出す。放射線画像データXnは、X線が照射される間に生成され、変換素子202によって蛍光体もしくは変換素子本体に入射されたX線に比例した電荷信号が主成分である画像である。オフセットデータFnは、変換素子202の暗電流や残像、読み出し回路108に起因するオフセット信号が主成分である画像である。放射線画像データXnは、X線(放射線)を照射したときにセンサアレイ110が出力する2次元データである。オフセットデータFnは、X線(放射線)を照射しないときに平面X線検出器111が出力する2次元データである。放射線画像データXn及びオフセットデータFnが1組となり、放射線画像データXnからオフセット成分を除去するためオフセットデータFnを引く処理が行われる。この処理をオフセット補正といい、引き算の組み合わせが図1(b)に示すように2通りある。
第1の方法は、放射線画像データXnの直前に取得したオフセットデータFn−1で補正する方法であり、補正後の画像Imは式で書くと以下のように表せる。以降、このオフセット補正方法を前オフセット補正と記す。
Im=Xn−Fn−1
第2の方法は、放射線画像データXnの直後に取得したオフセットデータFnで補正する方法であり、補正後の画像Imは式で書くと以下のように表せる。以降、このオフセット補正方法を後オフセット補正と記す。
Im=Xn−Fn
本実施形態において、フレームレートの切り替えは、オフセットデータF2の取得動作から切り替える。図1(a)はその時の動作を示しており、図中で放射線画像データX2を読み出した後、30フレーム/秒から15フレーム/秒へフレームレートを切り替えるために平面X線検出器111のデータ取得周期を切り替える。
後に詳述するが、図7に示すように、1フレームの画像を得るには、駆動配線Vg1〜Vg4にパルスを順番に供給する。まず、駆動配線Vg1がハイレベルになり、第1の行Line1の変換素子S11〜S14の画像信号が読み出される。次に、駆動配線Vg2がハイレベルになり、第2の行Line2の変換素子S21〜S24の画像信号が読み出される。次に、駆動配線Vg3がハイレベルになり、第3の行Line3の変換素子S31〜S34の画像信号が読み出される。次に、駆動配線Vg4がハイレベルになり、第4の行Line4の変換素子S41〜S44の画像信号が読み出される。駆動配線Vg1〜Vg4がハイレベルからローレベルに変化するとTFT201がオフし、変換素子S11〜S44は、電荷待機動作W1又はW2を開始する。すなわち、同一フレーム画像データにおいては、行毎に待機動作W1又はW2及び読み出し動作R1又はR2のタイミングが異なる。
図1(a)に示すように、第1の行Line1は、読み出し動作R1又はR2の最初部において読み出しを行い、その読み出しの終了後、次の待機動作W1又はW2を開始する。これに対し、第4の行Line4は、読み出し動作R1又はR2の最終部において読み出しを行い、その読み出しの終了後、次の待機動作W1又はW2を開始する。
オフセットデータF1において、第1の行Line1のデータ取得時間t1及び第4の行Line4のデータ取得時間t1は同じである。ここで、データ取得時間t1は、読み出し動作R1の時間tR1及び待機動作W1の時間tW1の和である。また、放射線画像データX2において、第1の行Line1のデータ取得時間t1及び第4の行Line4のデータ取得時間t1は同じである。ここで、データ取得時間は、画素のTFT201をオフの状態にしている時間であり、変換素子202で発生した電荷に基づく電気信号が画素に蓄積される時間である。
これに対し、オフセットデータF2において、第1の行Line1のデータ取得時間t2と、第4の行Line4のデータ取得時間t3は異なる。ここで、データ取得時間t2は、読み出し動作R1の時間tR1及び待機動作W2の時間tW2の和である。また、データ取得時間t3は、読み出し動作R2の時間tR2及び待機動作W2の時間tW2の和である。
また、放射線画像データX3において、第1の行Line1のデータ取得時間t3及び第4の行Line4のデータ取得時間t3は同じである。また、オフセットデータF3において、第1の行Line1のデータ取得時間t3及び第4の行Line4のデータ取得時間t3は同じである。
画像F0,X1,F1,X2のデータ取得周期は、待機動作W1及び読み出し動作R1の時間の和であり、30フレーム/秒のフレームレートのためのデータ取得周期である。画像X3,F3,X4,F4のデータ取得周期は、待機動作W2及び読み出し動作R2の時間の和であり、15フレーム/秒のフレームレートのためのデータ取得周期である。オフセットデータF2を取得するための待機動作及び読み出し動作の期間はデータ取得周期の切り替え期間である。フレームレートは、モニタ105等の出力装置に出力するための1画像を取得するのに必要な一連の動作の時間間隔の逆数である。具体的には、フレームレートは、放射線画像データ取得のための待機動作及び読み出し動作の合計時間と、オフセットデータ取得のための待機動作及び読み出し動作の合計時間との和の逆数である。
以上のように、データ取得周期の切り替え中に取得したオフセットデータF2は行毎にデータ取得時間が異なるという現象がおこる。それ以外の放射線画像データ及びオフセットデータについては、すべての行のデータ取得時間が同じになる。
すなわち、平面X線検出器111の1行毎の実質のデータ取得時間は、読み出し動作R1又はR2が終了してから次の読み出し動作R1又はR2が始まるまでである。オフセットデータF2において、第1の行Line1のデータ取得時間t1は、読み出し動作R1の時間tR1と待機動作W2の時間tW2の和である。これに対し、第4の行Line4のデータ取得時間t3は、読み出す動作R2の時間tR2と待機動作W2の時間tW2の和となる。
以上から分かるように、前の読み出し動作R1又はR2にかかった時間が次のフレームの待機動作W1又はW2の時間に影響するため、データ取得周期の切り替え期間中に取得した画像F2は、行毎にデータ取得時間が異なる。このため、この画像F2は、シェーディングを持ち、十分な画質とはいえない。
また、シェーディングの傾きは一様ではなく、十分に補正することは困難である。例えば、放射線画像データの取得動作の開始時にデータ取得周期を切り替えると、切り替え期間中に取得した放射線画像データはシェーディングを持つため、診断、手術用の画像として十分な画質ではない。
本実施形態では、放射線画像データを取得する際の読み出しの終了とオフセットデータを取得する際の読み出しの終了との間で、エリアセンサの2次元データを取得する動作の周期を切り替えて、放射線画像データを取得する周期を切り替える。言い換えると、放射線画像データX2を取得する動作と放射線画像データX3を取得する動作の間のオフセットデータF2を取得する動作を行う期間に、2次元データを取得する動作を行う周期を切り替える。このような切り替え制御を行うことで、シェーディングを持つ画像をオフセットデータにし、使用できない放射線画像データの取得をなくすことができる。
さらに、放射線画像データのオフセット補正に関しては、図1(b)に示すように、前オフセット補正では、データ取得周期が変更された直後の放射線画像データX3に対してはその直後に取得したオフセットデータF3を用いて補正する。制御回路(制御手段)106は、データ取得周期が変更された直後の放射線画像データX3に対してのみ、その直後に取得したオフセットデータF3を用いてオフセット補正するように制御する。そして、制御回路106は、それ以外の放射線画像データXnに対してはその直前に取得したオフセットデータFn−1を用いて補正するように制御する。
また、後オフセット補正では、データ取得周期の切り替え期間中に取得した放射線画像データX2に対してはその直前に取得したオフセットデータF1を用いて補正する。制御回路106は、データ取得周期の切り替え直前に取得した放射線画像データX2に対してのみ、その直前に取得したオフセットデータF1を用いてオフセット補正するように制御する。そして、制御回路106は、それ以外の放射線画像データXnに対してはその直後に取得したオフセットデータFnを用いてオフセット補正するように制御する。
上記の前オフセット補正及び後オフセット補正のいずれでも、制御回路106は、データ取得周期の切り替え直前に取得した放射線画像データX2に対し、放射線画像データX2の取得より前に取得したオフセットデータを用いてオフセット補正するよう制御する。放射線画像データX2の取得より前に取得したオフセットデータとして例えばオフセットデータF0やF1等を用いてオフセット補正するように制御する。本発明において、このような補正を第1の補正とする。第1の補正においては、放射線画像データX2の取得の直前に取得したオフセットデータF1を用いる方がより好ましい。そして、制御回路106は、データ取得周期が変更された直後の放射線画像データX3に対しては、放射線画像データX2の取得より後に取得したオフセットデータを用いてオフセット補正するように制御する。放射線画像データX2の取得より後に取得したオフセットデータとして例えばオフセットデータF3やF4等を用いてオフセット補正するように制御する。本発明において、このような補正を第2の補正とする。第2の補正においては、放射線画像データX2の取得の直後に取得したオフセットデータF3を用いる方がより好ましい。
このようにどちらの補正方法でも、データ取得周期の切り替え直前の放射線画像データX2及びデータ取得周期が変更された直後の放射線画像データX3は、データ取得周期の切り替えが行われた期間に取得されたオフセットデータF2を用いた補正は行われない。これらの放射線画像データは、必ず同じ条件で取得されたオフセットデータによって補正される。そのため、取得条件に応じたオフセットデータを持つ必要がなく、精度良く補正される。データ取得周期の切り替えにおいて取得されたオフセットデータF2はオフセットデータとして補正に用いられることがない。そのため、オフセットデータF2を取得する動作は、画素に蓄積された電荷をリセットするために行われる画素の初期化動作であると言える。
図5(a)及び(b)は、上記のオフセット補正を行うためのオフセット補正手段602の構成例及び処理方法を示す図である。オフセット補正手段602及びイメージメモリ603は、図2の画像処理・制御回路106内に設けられる。オフセット補正手段602は、放射線画像データ用メモリMx、オフセットデータ用メモリMf、スイッチSW、差分回路604及びオフセット補正制御ユニット605を有する。スイッチSWは、入力メモリ切替信号に応じて、平面X線検出器111からのデジタル画像信号の出力先をメモリMx又はMfに切り替える。入力メモリ切替信号がハイレベルであるときには、平面X線検出器111が出力する放射線画像データXnは放射線画像データ用メモリMxに出力される。入力メモリ切替信号がローレベルであるときには、平面X線検出器111が出力するオフセットデータFnはオフセットデータ用メモリMfに出力される。
WE_X信号は、放射線画像データ用メモリMxに画像を書き込むためのライトイネーブル信号である。
放射線画像データ用メモリMxは、WE_X信号がハイレベルの時に放射線画像データXnを書き込む。WE_F信号は、オフセットデータ用メモリMfに画像を書き込むためのライトイネーブル信号である。オフセットデータ用メモリMfは、WE_F信号がハイレベルの時にオフセットデータFnを書き込む。
オフセット補正制御ユニット605は、WE_X信号、WE_F信号、フレームレート切替信号及びオフセット補正信号に応じて、OutPut信号をメモリMx及びMfに出力する。フレームレート切替信号として切り替えパルスが入力されると、30フレーム/秒から15フレーム/秒にフレームレートの切り替えが指示される。このフレームレート切替信号の受け付け期間は、平面X線検出器111の放射線画像データXnの待機動作R1又はR2及び読み出し動作R1又はR2の期間である。切り替えパルスが入力されると、その直後のオフセット画像F2の待機動作W2及び読み出し動作R2からデータ取得周期が切り替えられる。
オフセット補正信号は、前オフセット補正又は後オフセット補正のいずれかを指示するための信号である。オフセット補正制御ユニット605は、オフセット補正信号に応じて、前オフセット補正時のOutPut信号又は後オフセット補正時のOutPut信号をメモリMx及びMfに出力する。メモリMx及びMfは、OutPut信号がハイレベルになると、書き込まれた画像を差分回路604に出力する。
差分回路604は、2つのメモリMx及びMfの出力データの差分を演算し、その差分画像をイメージメモリ603に出力する。イメージメモリ603は、その差分画像を書き込む。これにより、図1(b)に示した前オフセット補正又は後オフセット補正を行うことができる。
以上のように、オフセット補正手段602には、平面X線検出器111からの画像取得に連動して発生する入力メモリ切替信号、フレームレートが切り替わったことを伝えるフレームレート切替信号、WE_X信号及びWE_f信号が入力される。WE_X信号及びWE_F信号は、それぞれ画像メモリMx及びMfに画像を書き込む/書き込まない旨を指示するライトイネーブル信号である。オフセット補正制御ユニット605には、オフセット補正方法を示すオフセット補正信号、フレームレートが切り替わることを知らせるフレームレート切替信号、WE_X信号及びWE_F信号が入力される。上記の信号は、平面X線検出器111の駆動に連動して送られるパルスであり、制御回路106によって生成される。
図5(b)は、フレームレートを切り替える際の各パルスの波形と平面X線検出器111の動作を示している。入力メモリ切替信号は、放射線画像データXnの読み出し開始時にハイレベル、オフセットデータFnの読み出し開始時にローレベルになるように生成される。放射線画像データXn及びオフセットデータFnは、入力メモリ切替信号に応じて、それぞれメモリMx及びMfに保存される。メモリMx及びMfは、FIFO(first in first out)型のメモリであり、書き込み時に最初に書き込まれたデータを読み出し時に最初に読み出すことができる。入力メモリ切替信号がハイレベルのときはメモリMxに画像データが書き込まれ、ローレベルのときはメモリMfに画像データが書き込まれる。入力メモリ切替信号のハイレベルの時間又はローレベルの時間は、画像データが送られてくる時間よりも待機動作の時間tW1又はtW2だけ長いため、WE_F信号、WE_X信号を与えて余分なデータを取り込まないようにする。メモリMx及びMfに書き込まれた画像データは、オフセット補正制御ユニット605からのOutPut信号がメモリMx及びMfに入力されると差分回路604に送られる。
差分回路604は、2つのメモリMx及びMfから送られてきた画像データの差分を計算し、イメージメモリ603へ書き込む。メモリMx及びMfが差分回路604に画像データを送るタイミングはオフセット補正信号によって異なるため、オフセット補正制御ユニット605は、前オフセット補正を行う場合にはWE_X信号の立ち下がりを捕らえてOutPut信号を出力する。そして、オフセット補正制御ユニット605は、後オフセット補正時にはWE_F信号の立ち下がりを捕らえてOutPut信号を出力する。
フレームレートが切り替わった場合は、オフセット補正信号に応じて2通りの動作をオフセット補正制御ユニット605は行う。前オフセット補正時には、図5(b)に示すようにオフセットデータF2の代わりにオフセットデータF3を使用するように、オフセット補正制御ユニット605は、WE_F信号の立ち下がりを捕らえてOutPut信号を出力するよう処理を変更する。後オフセット補正時には、オフセット画像F2の代わりにオフセット画像F1を使用するように、オフセット補正制御ユニット605は、WE_X信号の立ち下がりを捕らえてOutPut信号を出力するよう処理を変更する。
ここで、OutPut信号のパルス幅は、フレームレートには必ずしも同期する必要はなく、待機動作W1又はW2と読み出し動作R1又はR2の時間を足した時間よりも画像転送動作が速ければ良い。また、オフセット補正手段602内の回路が持つデータ転送レートは、オフセット補正後の画像処理にかかる時間や平面X線検出器111が駆動可能な最大フレームレートを鑑み最適化される。
以上の処理によって、シェーディングを持つオフセットデータF2を補正に使わないように処理し、適切なオフセットデータを使用して放射線画像データをオフセット補正することができる。
ここで、オフセット補正手段602は、DRAM、SDRAM又はSRAM等のメモリや、CPU等のICを組み合わせたものでも良いし、以上の機能を盛り込んだICであっても良い。
先に述べた、フレームレート切り替えに伴うオフセット補正の切り替え方法に関しては、図5(b)に示したフレームレートが下がる方向に切り替わる場合であっても、図6で示すようにフレームレートが上がる方向に切り替わる場合であっても適用可能である。図6は、フレームレートが上がる方向に切り替わった場合のオフセット補正手段602の処理方法を示す図である。フレームレート切替信号のパルスが入力されると、フレームレートは15フレーム/秒から30フレーム/秒に切り替わる。図6の処理は、図5(b)の処理と同様である。
また、フレームレートの切替信号が受け付けられない期間は、オフセットデータFnを取得している期間と、データ取得周期が変更されてから最初のオフセットデータF3がメモリMfに書き込まれるまでの期間である。1〜2フレーム以内でフレームレートを切り替えることができる。よって、フレームレートの切り替え指示は、ユーザ(作業者)や装置から任意かつ連続的に行うことが可能となる。
制御回路106は、ユーザの任意のタイミングの指示に応じて平面X線検出器111のデータ取得周期を切り替えるように制御する。また、制御回路106は、フレームレート切替信号に応じて平面X線検出器111のデータ取得周期を切り替えるように制御する。
図7は、フレームレート切り替え前後の平面X線検出器111の駆動タイミングチャートであり、説明の簡単のため図3に示す4×4画素の平面X線検出器111の回路構成の場合を例に示す。しかし、画素数は4×4に限らないし、読み出し回路108の数や、A/Dコンバータ210の数、列方向の信号配線Sig1〜Sig4の本数や垂直駆動回路112の数についても図3に示した本数の限りではない。
1枚の放射線画像データ及びオフセットデータを得るためには、待機動作W1又はW2を行った後、読み出し動作R1又はR2を行う。待機動作は、図7に示すW1及びW2の期間であり、センサ電源203の電圧Vsを所望の値に設定し、変換素子202が光電変換できるようにした状態でTFT201をオフする動作である。このとき、読み出し回路108内の積分アンプ205はリセット状態にしても良い。
変換素子202に蓄積した電荷を読み出す動作は、R1−L1からR1−L4までの期間と、R2−L1からR2−L4までの期間である。読み出し動作R1はR1−L1からR1−L4までの期間であり、読み出し動作R2はR2−L1からR2−L4までの期間である。R1−L1及びR2−L1は第1の行Line1、R1−L2及びR2−L2は第2の行Line2、R1−L3及びR2−L3は第3の行Line3、R1−L4及びR2−L4は第4の行Line4の読み出し動作及びその時間を示している。
第1の行Line1の読み出し動作R1−L1は、RC信号によって、積分アンプ205のフィードバック部をショートし、積分アンプ205の出力をリセットする。こうすることで、前の動作時に発生した電荷による影響を無くす。
次に、垂直駆動回路112にD−CLK信号及びDIO信号を出力し、第1の行Line1の駆動配線Vg1にのみ電圧Vcomを供給し、その他の行の駆動配線Vg2〜Vg4に電圧Vssを供給する。RC信号がローレベルになってから、OE信号をハイレベルにして、第1の行Line1の駆動配線Vg1に電圧Vcomを印加し、第1の行Line1のTFT201をオンし、変換素子202が蓄積した電荷を積分アンプ205に転送する。
十分な時間TFT201をオンした後、第1の行Line1の駆動配線Vg1に電圧Vssを印加してTFT201をオフする。さらに、TFT201がオフした後、SH信号をハイレベルにしてサンプルホールド回路207を動作させて積分アンプ205の出力を保持する。
サンプルホールド回路207に保持された信号は、次行の読み出し時にマルチプレクサ208によってA/Dコンバータ210へ出力されデジタルデータへと変換される。以後、順次、駆動配線Vg2〜Vg4に電圧Vcomのパルスを印加し、第1の行の読み出し動作R1−L1と同様に、第2〜第4の行の読み出し動作R1−L2〜R1−L4を行う。このように、上記の読み出し動作を駆動配線の本数分繰り返すことで全画素の読み出しが可能である。
フレームレート切替信号のパルスが入力されると、読み出し動作R2からデータ取得周期が変更される。読み出し動作R1まではデータ取得周期が短く、読み出し動作R2からはデータ取得周期が長くなる。読み出し動作R2−L1〜R2−L4は、上記の読み出し動作R1−L1〜R1−L4と同様に行う。
フレームレートの切り替えが指示されると、平面X線検出器111は、読み出し動作R1,R2の時間又は待機動作W1,W2の時間が変わる。最も簡便な方法は、読み出し動作R1,R2の時間を最大のフレームレート(例えば30フレーム/秒)の時の動作時間(最短時間)に固定して、蓄積時間W1,W2のみフレームレートに応じて変えることである。しかし、読み出し動作R1,R2の時間を短くすると、TFT201の電荷転送能力の問題から変換素子202に蓄積した電荷を十分転送できない。また、読み出し回路108内のLPF(ローパスフィルタ)の帯域を上げなくてはならいため信号にノイズが混入する。また、積分アンプ205のリセット時間が不十分なためノイズが画像に混入する。上記の現象により、画像のシグナル・ノイズ比を低下させる。また、TFT201をオフした後、すぐにサンプルホールドを行うため駆動配線の電圧変動がオフセットとして画像信号に重畳する。
以上から、フレームレートが小さく、読み出し時間が十分に取れるにもかかわらず読み出し時間を短いままにするメリットは無く、フレームレートに応じて適切に読み出し時間を変えることが画像上望ましい。
駆動タイミングについては、例えば、図7に示すように、ただ単純に各信号のパルスを定数倍するだけでも構わないし、システムが複雑にならない程度にシグナル・ノイズ比が良くなるよう最適化した駆動パターンをフレームレート毎に持ってもよい。
例えば、1フレーム/秒、7.5フレーム/秒、10フレーム/秒、15フレーム/秒、20フレーム/秒、30フレーム/秒用の読み出し用の駆動パターンを持ち、その間のフレームレートは蓄積時間W1,W2の変更で対応しても良い。
以上に示したように、本実施形態によれば、フレームレート切り替え時における蓄積時間の違いによりデータ取得周期の切り替え期間中に取得した画像が使えない問題を回避し、その直前又は直後に取得したオフセット画像によって補正する。これにより、ゲインや蓄積時間の違い、読み出し方法の違いにかかわらず放射線画像データを補正できる。
本実施形態は、上記の特許文献1及び2のようにフレームレートの切り替えパターン毎に補正データを持たなくても、2つの画像用のメモリMx及びMfを持ち、透視システムの駆動に同期してオフセット補正を行う簡便なシステムである。本実施形態は、様々なフレームレート切り替えに対応できる。また、本実施形態は、放射線画像データ取得と時間的にも近く、かつ取得条件が同じオフセットデータでオフセット補正を行うことで精度の高いオフセット補正が可能となる利点がある。
なお、本実施形態において画素数は4×4に限らないし、読み出し回路の数や、A/Dコンバータの数、列方向の信号配線の本数や垂直駆動回路の数についても図3に示した数の限りではない。
さらに、本実施形態における変換素子は、図4(a)〜(c)に示した3種類のいずれであっても構わない。また、信号の増幅方法やアナログデジタル変換の方法や、読み出し回路やA/Dコンバータの個数にかかわらず適用可能である。また、本実施形態では、オフセットデータF2を読み出し回路108でアナログ画像データからデジタル画像データへ変換しているが、本願発明はそれに限られるものではない。2次元エリアセンサでオフセットデータF2に対応する電気信号の読み出しは行うが、読み出し回路108を動作させずにオフセットデータF2を取得しないものも、本願発明に含まれるものである。
(第2の実施形態)
図8(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態によるオフセット補正手段602の構成例及び処理方法を示す図である。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。図8(a)のオフセット補正手段602は、図5(a)のオフセット補正手段602に対して、1画像分の画像メモリMemと平面X線検出器111の1行分のデータが保持できるバッファBufを用いて構成した点が異なる。スイッチSW1は、入力メモリ切替信号がハイレベルのときには、平面X線検出器111の出力をメモリMemに接続し、入力メモリ切替信号がローレベルのときには、平面X線検出器111の出力をバッファBufに接続する。
また、図8(a)のオフセット補正手段602が図5(a)のオフセット補正手段602と異なる点は、オフセット補正を行うために外部から入力される信号がフレームレート切替信号と、放射線画像データとオフセットデータに同期したフレーム信号の2つである。この2つの信号からオフセット補正制御ユニット605は、入力メモリ切替信号、メモリMemの書き込みを制御するWE信号、OutPut信号を生成する。
図8(b)は、図8(a)のオフセット補正手段602のオフセット補正のタイミングを示す。本実施形態ではオフセット補正手段602の構成上、前オフセット補正のみ可能である。
フレームレートを切り替える前の状態では、オフセットデータFnの取得時に入力メモリ切替信号をハイレベルにして、平面X線検出器111のオフセットデータFnをメモリMemへ出力する。放射線画像データXnの取得時は、入力メモリ切替信号をローレベルにして、平面X線検出器111の放射線画像データXnを行単位でバッファBufへ出力する。メモリMemは、OutPut信号がハイレベルになると、記憶しているオフセットデータFnを差分回路604に出力する。差分回路604は、バッファBufから出力された放射線画像データXn及びメモリMemから出力されたオフセットデータFnの差分を演算し、イメージメモリ603に書き込む。このようにすることで前オフセット補正が行われる。
フレームレート切替信号が入力されると、オフセット補正制御ユニット605は、シェーディングを持つオフセットデータF2を取得しないようにWE信号をローレベルにする。
次に、放射線画像データX3を取り込むように、入力メモリ切替信号及びWE信号をハイレベルにして、放射線画像データX3をメモリMemに書き込む。最後に、オフセットデータF3を取り込む際に、今までとは逆に、入力メモリ切替信号をローレベルにして、オフセットデータF3をバッファBufへ出力する。それと同時に、オフセット補正制御ユニット605は、フレーム信号に同期して、OutPut信号をハイレベルにする。これにより、メモリMemは、放射線画像データX3を差分回路604に出力する。以後、上記と同様の前オフセット補正を行う。
以上の動作によって、データ取得周期(フレームレート)が変更された直後は、後オフセット補正を行う動作となり、オフセットにシェーディングを持つオフセット画像F2を用いないオフセット補正が可能となる。ここで、イメージメモリ603は、OutPut信号がハイレベルのときのみ差分回路604の信号を保持し、OutPut信号がローレベルのときはデータを保持しない。本実施形態によれば、メモリの容量を少なくし、オフセット補正手段602のコストを下げることができる。なお本実施形態では、オフセットデータF2を読み出し回路108でアナログ画像データからデジタル画像データへ変換し、オフセット補正制御ユニット605がオフセットデータF2を取得しないように制御している。しかしながら、本願発明はそれに限られるものではない。2次元エリアセンサでオフセットデータF2に対応する電気信号の読み出しは行うが、読み出し回路108を動作させずにオフセットデータF2を取得しないものも、本願発明に含まれるものである。
(第3の実施形態)
図9は、本発明の第3の実施形態による平面X線検出器111の構成例を示す回路図であり、変換素子にMIS型変換素子1001を用いた場合の平面X線検出器111の回路図を示している。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。1001はMIS型変換素子である。1002は転送用TFTである。1003はリフレッシュ用TFTである。1004はリフレッシュ用電源である。1005は転送用垂直駆動回路である。1006はリフレッシュ用垂直駆動回路である。1007はセンサバイアス電源である。1008はリフレッシュラインである。1009はセンサバイアス線である。
MIS型変換素子1001は、図4(b)を参照しながら前述したように光電変換層であるA−Si層308と絶縁層307の界面に電荷が蓄積し、その電荷の蓄積量が増大すると、A−Si層308の両端で電圧が等しくなり光電変換が行えない課題がある。
その課題を解決するために、センサアレイのセンサバイアス電源に光電変換用の電源1007と前記電源より電圧の低いリフレッシュ用電源1004の2種類の電源を用意し、定期的に電圧を切り替えるリフレッシュ動作によって界面に蓄積した電荷を掃き出す。
図9では、変換素子1001に蓄積した電荷を読み出し回路108内の積分アンプに転送するための転送用TFT1002に加えてリフレッシュ用電源1004からの電圧を変換素子1001に印加するためのリフレッシュ用TFT1103を設ける。これにより、センサ電極の絶縁層側の電位を変動させてリフレッシュを行う構成となっている。
この構成の特徴は、横1列毎に変換素子1001のリフレッシュが可能となり、読み出しと並列にリフレッシュを行うことである。リフレッシュ用TFT1003を駆動するための垂直駆動回路1006を新たに設けている。垂直駆動回路1006は、D−CLK_R信号、DIO_R信号及びOE_R信号を入力し、駆動配線Vg1_R、Vg2_R、Vg3_R、Vg4_Rに電圧を供給する。駆動配線Vg1_R、Vg2_R、Vg3_R、Vg4_Rは、それぞれ行Line1〜Line4のリフレッシュ用TFT1003のゲートに接続される。
図10は、図9の平面X線検出器111の駆動タイミングチャートである。ここで、転送用TFT1002及び読み出し回路108の動作については第1の実施形態で説明したものと同じである。
リフレッシュ動作は、読み出し動作から1行分遅れて動作するようにするため、DIO_R信号及びD−CLK_R信号は転送用の垂直駆動回路1005に与えるDIO及びD−CLK信号よりも遅れて供給される。駆動配線Vg1〜Vg4に順次パルスを供給し、転送用TFT1002をオンさせると電荷を転送することができる。電荷の転送が終了した行は、次の行が読み出されている間に、駆動配線Vg1_R〜Vg4_Rに順次パルスを供給し、リフレッシュ用TFT1003をオンする。それとほぼ同時に、リフレッシュライン1008の電圧をVR1へ切り替え、変換素子1001に蓄積した電荷をセンサバイアス線1009へと掃き出す。
次に、リフレッシュライン1008の電圧をVR2へ切り替えた後、リフレッシュ用TFT1003をオフする。以上の動作で1行のリフレッシュが完了する。全画素のリフレッシュを行うためには、各行の読み出し動作と同期して全行のリフレッシュを行えばよい。よって、図10のように、1枚の画像の最後はリフレッシュのみの動作R1−Dummy,R2−Dummyが発生し、図7に比べ1行分の読み出し時間が長くなる。
以上から、リフレッシュ動作が必要なセンサアレイであっても動作自体は先に述べた図3のような2次元エリアセンサと同様に画像を連続的に得ることができる。また、フレームレートが切り替わる場合でも第1の実施形態と同様である。故に、MIS型変換素子1101を用いた2次元エリアセンサであっても適用可能である。
(第4の実施形態)
図11(a)及び(b)は、本発明の第4の実施形態によるデジタル放射線(X線)撮像システムの構成例を示す図である。本実施形態のデジタル放射線撮像システムは、第1〜第3の実施形態によるセンサアレイを用いた平面X線検出器111の応用事例としての透視システムである。
図11(a)はCアーム(天井走行型)、図11(b)はCアーム(モバイル型)のデジタル放射線撮像システムを示す。401はX線源である。402は平面X線検出器である。403はCアームである。404はモニタである。405は寝台である。406は台車(モバイル透視システム)である。407は懸架装置である。図11(b)では、X線源401及び平面X線検出器402はC型の懸架器具の両端に配置され、C型懸架器具は移動可能な台車406に固定されている。
透視とはX線の動画撮影のことであり、静止画に比べ低解像度で1画像当たりのX線の線量も静止画撮影に比べ1桁以上低い線量で連続的に撮影が行われるものである。透視装置は、図4(a)及び(b)に示すように、放射線画像データを得るための平面X線検出器402とX線源(X線発生装置)401を対向して配置する。透視撮影は、主に、カテーテル挿入や外科手術を行う際のモニタリングや、血管や臓器の病変等の診断を行うことができ、被写体を様々な角度から撮影を行う要求を満たすことができる。
また、高感度のX線検出器としてイメージ・インテンシファイア(I・I)と呼ばれる光電子倍増管とCCDカメラを組み合わせたシステムもある。しかし、近年、平面X線検出器の高感度化・高速動作化が進み、透視撮影が十分行えるまで性能が向上したため平面X線検出器を用いた透視装置が実用化可能である。
平面X線検出器は、I・I及びCCDカメラ系に比べ、装置自体が小型になるため、従来では困難であったアングルで撮影が可能になり、画像の歪みが無くコントラストが高いという優れた特徴がある。
以上のように、第1〜第4の実施形態は、放射線画像データを取得するために読み出しを行うフレームと、それに連続してオフセットデータを取得するために読み出しを行うフレームを設け、そのオフセットデータを用いて放射線画像データを補正する。さらに、2次元データを取得するデータ取得周期の切り替え期間中に取得されたフレームは各行毎に蓄積時間が異なっているため、オフセットデータの取得時にデータ取得周期の切り替えを行う。さらに、データ取得周期の切り替え直前及び直後の放射線画像データX2,X3は、それぞれデータ取得周期の切り替え直前及び直後に取得したオフセットデータF1,F3を用いることでオフセット補正を行うことができる。このような動作によって蓄積時間や読み出しライン(行)数、ゲインが変わっても放射線画像データと同じ条件で取得されたオフセットデータによって放射線画像データのオフセットは正確に補正される。
平面X線検出器111は、行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行い、放射線(X線)を電気信号に変換して2次元データを出力する2次元エリアセンサである。平面X線検出器111は、2次元エリアセンサに放射線が照射されて読み出しを行うことにより放射線画像データを取得し、2次元エリアセンサに放射線が照射されずに読み出しを行うことによりオフセットデータを取得し得る。制御回路106は、制御手段である。制御回路106は、放射線照射の周期の切り替え期間T2中において、放射線画像データX2を取得するための読み出しの終了とオフセットデータF2を取得し得る読み出しの終了との間で、平面X線検出器111の2次元データを取得する周期の切り替えを行う。それにより、放射線画像データを取得する周期の切り替えを行うように制御する。
第1〜第4の実施形態によれば、オフセット補正用のデータを保持しなくてはならない量が少なくなり、システムを簡素化かつ低コストにすることができる。さらに、リアルタイムに取得するオフセットデータを用いるためフレームレート切り替え指示からすぐに切り替えることができ、外部装置との連動が可能となることや、きめ細かなフレームレート管理による被爆線量低減の効果がある。結果的に、使い勝手が良く安価な放射線撮像装置が実現できる。
また、フレームレートを自由に可変できる平面X線検出器を用いた透視装置の構成を簡素化することができる。さらに、連続的にフレームレートを切り替える場合でもオフセット補正が可能である。また、作業者は被写体である患者の被爆線量を低減するため、細かくフレームレートを調整することができる。また、様々な装置と同期しながら透視撮影が可能となり、被爆線量の低減やCT等の撮影が可能となる。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
図1(a)及び(b)は第1の実施形態による放射線撮像装置の制御方法を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるデジタル放射線(X線)撮像システムの構成例を示す図である。 平面X線検出器の構成例を示す図である。 図4(a)〜(c)は変換素子の構造例を示す図である。 図5(a)及び(b)はオフセット補正手段の構成例及び処理方法を示す図である。 フレームレートが上がる方向に切り替わった場合のオフセット補正手段の処理方法を示す図である。 フレームレート切り替え前後の平面X線検出器の駆動タイミングチャートである。 図8(a)及び(b)は本発明の第2の実施形態によるオフセット補正手段の構成例及び処理方法を示す図である。 本発明の第3の実施形態による平面X線検出器の構成例を示す回路図である。 図9の平面X線検出器の駆動タイミングチャートである。 図11(a)及び(b)は本発明の第4の実施形態によるデジタル放射線(X線)撮像システムの構成例を示す図である。
符号の説明
101 X線源
102 X線制御装置
103 制御PC
104 制御卓
105 モニタ
106 画像処理・制御回路
107 システム回路
108 読み出し回路
109 電源ユニット
110 センサアレイ
111 平面X線検出器
112 垂直駆動回路
113 被写体
201 TFT
202 変換素子
203 センサ電源
204 可変ゲインアンプ
205 積分アンプ
206 増幅回路
207 サンプルホールド回路
208 マルチプレクサ
209 バッファアンプ
210 A/Dコンバータ
211 アンプ基準電源
1001 MIS型変換素子
1002 転送用TFT
1003 リフレッシュ用TFT
1004 リフレッシュ用電源
1005 転送用垂直駆動回路
1006 リフレッシュ用垂直駆動回路
1007 センサバイアス電源

Claims (21)

  1. 行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行うためのエリアセンサと、前記エリアセンサを制御する制御手段とを有する放射線撮像装置であって、
    前記エリアセンサは、前記エリアセンサに放射線が照射されて前記読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、前記エリアセンサに放射線が照射されずに前記読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、
    前記制御手段は、前記第1の動作の前記読み出しの終了と、前記第2の動作の前記読み出しの終了との間の期間で、前記放射線画像データを取得する周期の切り替えを行うことを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 前記放射線画像データを補正する補正手段を更に有し、前記補正手段が前記放射線画像データに対して前記期間に行われた前記第2の動作で取得されたオフセットデータを用いて補正しないように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
  3. 前記補正手段が前記周期の切り替えの直前に取得した第1の放射線画像データに対して前記第1の放射線画像データの取得の前に取得した第1のオフセットデータを用いて補正し、前記周期の切り替えの直後に取得した第2の放射線画像データに対して前記第2の放射線画像データの取得の後に取得した第2のオフセットデータを用いて補正するように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
  4. 前記補正手段が前記第2の放射線画像データに対してのみ、前記第2のオフセットデータを用いて補正し、前記第1の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直前に取得したオフセットデータを用いて補正するように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項3に記載の放射線撮像装置。
  5. 前記補正手段が前記第1の放射線画像データに対してのみ、前記第1のオフセットデータを用いて補正し、前記第2の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直後に取得したオフセットデータを用いて補正するように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項3に記載の放射線撮像装置。
  6. 行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行い2次元データを取得するためのエリアセンサと、前記エリアセンサを制御する制御手段とを有する放射線撮像装置であって、
    前記エリアセンサは、前記エリアセンサに放射線が照射されて前記読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、前記エリアセンサに放射線が照射されずに前記読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、
    前記制御手段は、前記第2の動作を行う期間に、前記第1の動作を行う第1の周期から前記第1の周期と異なる第2の周期に、前記2次元データを取得する周期の切り替えを行うことを特徴とする放射線撮像装置。
  7. 前記放射線画像データを補正する補正手段を更に有し、前記補正手段が前記放射線画像データに対して前記期間に行われた前記第2の動作で取得されたオフセットデータを用いて補正しないように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項6に記載の放射線撮像装置。
  8. 前記補正手段が前記周期の切り替えの直前に取得した第1の放射線画像データに対して前記第1の放射線画像データの取得の前に取得した第1のオフセットデータを用いて補正し、前記周期の切り替えの直後に取得した第2の放射線画像データに対して前記第2の放射線画像データの取得の後に取得した第2のオフセットデータを用いて補正するように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項7に記載の放射線撮像装置。
  9. 前記補正手段が前記第2の放射線画像データに対してのみ、前記第2のオフセットデータを用いて補正し、前記第1の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直前に取得したオフセットデータを用いて補正するように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の放射線撮像装置。
  10. 前記補正手段が前記第1の放射線画像データに対してのみ、前記第1のオフセットデータを用いて補正し、前記第2の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直後に取得したオフセットデータを用いて補正するように、前記制御手段は前記補正手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の放射線撮像装置。
  11. 行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号の読み出しを行毎に行うエリアセンサを含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記エリアセンサに放射線が照射されて前記読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、前記エリアセンサに放射線が照射されずに前記読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、
    前記第1の動作の前記読み出しの終了と、前記第2の動作の前記読み出しの終了との間で、前記放射線画像データを取得する周期を切り替える制御工程を含むことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
  12. 前記放射線画像データを補正する補正工程を更に有し、前記補正工程は、前記放射線画像データに対して前記制御工程に行われた前記第2の動作で取得されたオフセットデータを用いて補正しないことを特徴とする請求項11に記載の制御方法。
  13. 前記補正工程は、前記制御工程の直前に取得した第1の放射線画像データに対して前記第1の放射線画像データの取得の前に取得した第1のオフセットデータを用いて補正する第1の補正工程と、前記制御工程の直後に取得した第2の放射線画像データに対して前記第2の放射線画像データの取得の後に取得した第2のオフセットデータを用いて補正する第2の補正工程と、を含むことを特徴とする請求項12に記載の制御方法。
  14. 前記補正工程は、前記第2の放射線画像データに対してのみ、前記第2のオフセットデータを用いて補正し、前記第1の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直前に取得したオフセットデータを用いて補正することを特徴とする請求項13に記載の制御方法。
  15. 前記補正工程は、前記第1の放射線画像データに対してのみ、前記第1のオフセットデータを用いて補正し、前記第2の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直後に取得したオフセットデータを用いて補正することを特徴とする請求項13に記載の制御方法。
  16. 行列状に配置された複数の画素に蓄積された電気信号を行毎に読み出すエリアセンサから2次元データを取得する動作を行う放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記エリアセンサに放射線が照射されて前記読み出しを行うことにより放射線画像データを取得する第1の動作と、前記エリアセンサに放射線が照射されずに前記読み出しを行う第2の動作と、を連続して行い、
    前記第2の動作を行う期間に、前記2次元データを取得する動作を行う周期を、前記第1の動作を行う第1の周期から前記第1の周期と異なる第2の周期に切り替える制御工程を含むことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
  17. 前記放射線画像データを補正する補正工程を更に有し、前記補正工程は、前記放射線画像データに対して前記制御工程に行われた前記第2の動作で取得されたオフセットデータを用いて補正しないことを特徴とする請求項16に記載の制御方法。
  18. 前記補正工程は、前記制御工程の直前に取得した第1の放射線画像データに対して前記第1の放射線画像データの取得の前に取得した第1のオフセットデータを用いて補正する第1の補正工程と、前記制御工程の直後に取得した第2の放射線画像データに対して前記第2の放射線画像データの取得の後に取得した第2のオフセットデータを用いて補正する第2の補正工程と、を含むことを特徴とする請求項17に記載の制御方法。
  19. 前記補正工程は、前記第2の放射線画像データに対してのみ、前記第2のオフセットデータを用いて補正し、前記第1の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直前に取得したオフセットデータを用いて補正することを特徴とする請求項18に記載の制御方法。
  20. 前記補正工程は、前記第1の放射線画像データに対してのみ、前記第1のオフセットデータを用いて補正し、前記第2の放射線画像データを含む他の放射線画像データに対して前記他の放射線画像データの取得の直後に取得したオフセットデータを用いて補正することを特徴とする請求項18に記載の制御方法。
  21. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線を照射する放射線発生装置と、を有し、
    前記制御手段は、前記放射線発生装置が照射する前記放射線の周期の切り替えを行い得ることを特徴とする放射線撮像システム。
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