JP5317388B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム及びプログラム - Google Patents
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Description
(2)放射線撮像回路部内において、画素単位で、センサのダーク電流、スイッチ素子の ゲート電極とソース電極間の容量(Cgs)、スイッチ素子のソースドレイン間の リーク電流などがばらつく。これにより、暗時における出力が画素単位でばらつく (暗時オフセットばらつき)。
Voff≒Vsig
または、
Voff>Vsig
図示のように、高いゲインをかけた場合には、暗時オフセットばらつき(Voff)が大きくなり、読出回路部のダイナミックレンジを逸脱してしまうエラー画素が発生する。または、暗時オフセットばらつき(Voff)が、読出回路部のダイナミックレンジの範囲内にあったとしても、図示はしていないが、後段のADコンバータのダイナミックレンジを超える場合もある。このようなことが生じれば、放射線画像情報を正しく得ることはできない。
循環器系診断で用いられる動画撮影モードにおいては、画素加算駆動を用いてフレームレートを高めている。画素加算駆動は、一度に複数行のスイッチング素子を駆動するため、線撮像素子のダーク電流やスイッチング素子のゲート電極−ソース電極間の容量(Cgs)などに起因する暗時オフセットのばらつき量も必然的に大きくなる。もちろん、画素加算駆動では、加算数に比例して信号量も増加する。
図1は本発明による第1の実施形態のX線撮像システムを示す概略構成図である。
このX線撮像システムは、X線を被写体に照射するX線源10と、被写体を透過(又は反射)したX線を撮像するX線撮像装置20と、X線源10及びX線撮像装置20の駆動を制御する不図示の制御部とを備えて構成されている。
3は、X線検出回路部1からの電気信号を読み出す読出回路部である。この読出回路部3において、その初段部、2段部及び3段部がそれぞれオペアンプ(AMP18a〜18c)でカスケード接続されて構成されている。AMP18a〜18cは、非反転入力端子(+端子)に基準電位がバイアスされる。X線撮像装置のS/N比(以下SNR)を高くするためには、特にAMP18aは、低ノイズ化を目的とした設計が行われる。AMP1は、反転入力端子(−端子)と出力端子間にコンデンサC19aと19bが接続された積分回路とされており、積分容量についてGAIN1の信号により容量値C1と容量値(C1+C2)との選択が行われる。
AMP18a,AMP18b,AMP18cの非反転入力端子(+端子)は、それぞれ、基準電位VREF1、基準電位VREF2、基準電位VREF3がバイアスされている。図3は、基準電位VREF1=3V、基準電位VREF2=2V、基準電位VREF3=3Vの出力を示す。また、図3は、X線検出(TFTがオン)に伴って読出回路部3の入力には電流が流入する方向の出力例である。
AMP18aの出力=VREF1−(Qsig/Cf)
但し、CfはGAIN1によって切り替えられる。
AMP18bの出力=VREF2+(Qsig/Cf)×GAIN
となる。
C7・(AMP3−VREF3)=C6・(VREF3−AMP2)
C6とC7が同じ容量であれば、
AMP19cの出力=2・VREF3−VREF2−Qsig/Cf
となる。図3では、C6とC7が同じ容量とした表示としている。
即ち、図3の例における出力は、AMP18bの基準電位VREF2とAMP3の基準電位VREF3によって暗時出力レベルが決定され、AMP18aのコンデンサ19a,19b(容量:Cf)とX線による光電変換電荷によって、明時出力レベルが決定される。
演算部7からの制御信号は、デコーダ21により変換され、オペアンプ23の反転入寮端子に入力される抵抗値を選択する。図示の例では、4種類の抵抗22により、16通りの電圧が選択される。
図5のような抵抗値を選択する場合においては、抵抗22の熱雑音により基準電位にノイズが含まれ、結果として画質が劣化する場合も考えられる。図5においては、基準電源の電位を形成する元の電源(Va〜Vd)を、抵抗31とコンデンサ32とで構成する1次ローパスフィルタを介してオペアンプ34に入力し、アナログマルチプレクサ35へ出力する。ここで用いるオペアンプ34は、低ノイズタイプのも選択すれば、基準電位にはノイズが少なく画質が向上する。図5においては、演算部からの選択信号によって、VaからVdの4種類の基準電位が選択できる。
図6において、左側には、静止画撮影モードにおいて撮影した場合、即ち低いゲイン設定時のおける暗時出力と明示出力(X線出力)を示している。右側には、動画撮影モードにおいて撮影した場合、即ち高いゲイン設定時のおける暗時出力と明示出力(X線出力)を示している。図内で、階段状に表記しているのは、画素の区切りを意図するものであり、矢印で示されているのが、X線による信号出力量を意味している。図6においては、10画素分の出力を記載している。
図7は、本実施形態によるX線撮像方法を示すフローチャートである。
先ず、X線撮像システムにおいて、X線撮像装置は、制御部による制御に基づき、撮影モード及び撮影条件を設定する(ステップS1)。
撮影モードは、大きく静止画撮影モードと動画撮影モードがある。それぞれのモードの中に、画素を水平方向または垂直方向に2画素以上加算する画素加算モードと、加算した前記画素を平均化する画素平均モードと、画素を加算しない画素非加算モードがある。画素加算数は、2画素加算、3画素加算や4画素加算、あるいはそれ以上設けてもよい。モード設定の例としては、動画撮影の2画素加算モード、静止画撮影の画素非加算モード、動画撮影の画素非加算モードなどがある。また、動画撮影モードと静止画撮影モードの混合モードもある。
続いて、演算部7は、制御部による制御に基づき、暗時出力の最小値が読出回路部3及びA/D変換部4がダイナミックレンジの範囲内にあるか否かを判定する(ステップS3)。
一方、ステップS3において、暗時出力の最小値が読出回路部3及びA/D変換部4の双方のダイナミックレンジの範囲内にあると判定されたときには、ステップS4に移行する。
一方、ステップS6において、明時出力の最大値が読出回路部3及びA/D変換部4の双方のダイナミックレンジの範囲内にあると判定されたときには、ステップS7に移行する。
X線撮影は、動画撮影である場合には、静止画撮影時に比較して長時間のX線撮影が行われる。一方、静止画撮影である場合には、1枚もしくは数枚程度分のX線照射が行われる。動画と静止画の混合モードの場合には、動画→静止画→動画→・・・といったように繰り返される。
また、図1では、タイミング生成部2、A/D変換部4、電源制御部6及び演算部7に、分けて記述してあるが、例えば、これらの構成要素が1つのプリント基板上に実装されるものであってもよい。
本実施形態では、図1のX線撮像システムにおいて、VREF2及びVREF3の代わりに、可変電源11のVREF1を変更する場合について説明する。即ち、演算部7は、X線照射時における出力の最大値又は最小値と、X線非照射時における出力の最小値又は最大値とが、共に読出回路部3及びA/D変換部4のダイナミックレンジの範囲内に収まるように、VREF1を変更する。
本実施形態では、図1のX線撮像システムにおいて、暗時出力の最小値及び明時出力の最大値を、撮影条件を構成する各撮影パラメータで関数化する。
関数化された暗時出力の最小値及び明時出力の最大値は、演算部7のメモリ15に記憶する。そして、演算部7は、関数化された暗時出力の最小値及び明時出力の最大値が、読出回路部3及びA/D変換部4のダイナミックレンジの範囲内に納まるように、基準電位を変化させる。
本実施形態では、図1のX線撮像システムにおいて、可変電源14により読出回路部3の電源電圧を変更する場合について説明する。
図4と異なる点は、MOSトタンジスタ41がオペアンプ23に接続されている点である。基準電位を形成する図4で示されるような回路構成では、一般にオペアンプの入力インピーダンスが高いために、ほとんど電流を流れない。しかしながら、読出回路部3の電源は、多数のオペアンプで構成されるために、多大な電流を流す能力が必要となる。MOSトランジスタ41は、いわゆるパワーMOSトランジスタと呼ばれるものである。ドレイン端子(D)に接続されている電圧源は、読出回路部3に必要な電流を流す能力を備えていることが必要である。図8に示す回路構成例では、16通りの電源電圧を選択することができる。
上述した緒実施形態によるX線撮像システムを構成する各構成要素(制御部及び演算部(メモリ15を除く)等)の機能は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。同様に、X線撮像方法の各ステップ(図7のステップS1〜S8等)は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
2 駆動回路部
3 読出回路部
4 A/D変換部
5 タイミング生成部
6 電源制御部
7 演算部
10 X線源
20 X線撮像装置
11〜14 可変電源
15 メモリ
16 定電圧印加部
17 可変電圧印加部
Claims (4)
- 放射線を検出するために、基板上に、検出した放射線を電気信号に変換する放射線検出素子と、前記放射線検出素子を選択するためのスイッチング素子とを有してなる画素が複数並設された放射線検出手段と、
前記放射線検出手段からの電気信号を読み出す信号読出手段と、
前記信号読出手段からの前記電気信号をA/D変換するA/D変換手段と、
前記信号読出手段への印加電圧を制御する電圧制御手段と、
放射線照射時における前記電気信号の最大値と放射線非照射時における前記電気信号の最小値とが、又は、放射線照射時における前記電気信号の最小値と放射線非照射時における前記電気信号の最大値とが、いずれも前記信号読出手段及び前記A/D変換手段のダイナミックレンジの範囲内に収まるように、前記印加電圧を調節する電圧調節手段と、を含み、複数の撮影モードで撮影し得る放射線撮像装置であって、
前記電圧調節手段は、前記印加電圧として前記信号読出手段の電源電圧を、前記各撮影モードに応じて調節し、
前記信号読出手段は、各々オペアンプを備えた複数の段部がカスケード接続されて構成されており、前記各オペアンプは、非反転入力端子に前記電源電圧とは別の基準電圧がバイアスされることを特徴とする放射線撮像装置。 - 被写体へ放射線を照射する放射線源と、
被写体からの放射線を撮像する請求項1に記載の放射線撮像装置と、
を含む放射線撮像システム。 - 被写体へ放射線を照射する放射線源と、
被写体からの放射線を検出するために、基板上に、検出した放射線を電気信号に変換する放射線検出素子と、前記放射線検出素子を選択するためのスイッチング素子とを有してなる画素が複数並設された放射線検出手段と、前記放射線検出手段からの電気信号を読み出す信号読出手段と、前記信号読出手段からの前記電気信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記信号読出手段への印加電圧を制御する電圧制御手段と、を備え、被写体からの放射線を撮像する放射線撮像装置と、
前記放射線源からの放射線照射時における前記電気信号の最大値と放射線非照射時における前記電気信号の最小値とが、又は、放射線照射時における前記電気信号の最小値と放射線非照射時における前記電気信号の最大値とが、いずれも前記信号読出手段及び前記A/D変換手段のダイナミックレンジの範囲内に収まるように、前記電圧制御手段から前記信号読出手段への前記印加電圧を調節する電圧調節手段と
を含み、複数の撮影モードで撮影し得る放射線撮像システムであって、
前記電圧調節手段は、前記印加電圧として前記信号読出手段の電源電圧を前記各撮影モードに応じて調節し、
前記信号読出手段は、各々オペアンプを備えた複数の段部がカスケード接続されて構成されており、前記各オペアンプは、非反転入力端子に前記電源電圧とは別の基準電圧がバイアスされることを特徴とする放射線撮像システム。 - コンピュータに、複数の撮影モードの各撮影モードに応じて、放射線照射時に、放射線を電気信号に変換する放射線検出素子と前記放射線検出素子を選択するためのスイッチング素子とを有してなる画素が基板上に複数並設された放射線検出装置によって検出され信号読出手段によって読み出される電気信号の最大値と放射線非照射時に前記放射線検出装置によって検出され前記信号読出手段によって読み出される電気信号の最小値とが、又は、放射線照射時に放射線検出装置によって検出され信号読出手段によって読み出される電気信号の最小値と放射線非照射時に前記放射線検出装置によって検出され前記信号読出手段によって読み出される電気信号の最大値とが、いずれも前記信号読出手段及び前記信号読出手段からの前記電気信号をA/D変換するA/D変換手段のダイナミックレンジの範囲内に収まるように、前記信号読出手段への印加電圧を制御する電圧制御手段から前記信号読出手段への前記印加電圧として前記信号読出手段の電源電圧を前記各撮影モードに応じて調節する手順を実行させるためのプログラムであり、
前記信号読出手段は、各々オペアンプを備えた複数の段部がカスケード接続されて構成されており、前記各オペアンプは、非反転入力端子に前記電源電圧とは別の基準電圧がバイアスされるプログラム。
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