JP5934128B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents
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Description
図1を参照しながら本発明の1つの実施形態の放射線撮像装置100の全体構成を説明する。放射線撮像装置100は、放射線によって形成される像を撮像するように構成されている。像は、不図示の放射線源から放射され被検体を透過した放射線によって形成されうる。放射線は、例えば、X線、α線、β線またはγ線でありうる。
(1)放射線の照射中は、単位時間当たりの放射線の照射量に比例した電流がバイアス線Vsに流れる。この電流は、図5に「第1信号」として示されている。この電流は、画素PIXのスイッチ素子Tが非導通状態にある場合よりも、導通状態にある場合の方が多く流れうるが、図では簡単のために一定で表す。
(2)放射線が照射された画素PIXのスイッチ素子Tを導通すると、スイッチ素子Tを導通するまでに当該画素PIXの変換素子201に蓄積された電荷量に比例した電流がバイアス線Vsに流れる。この電流は、図5に「第2信号」として示されている。
(3)画素PIXのスイッチ素子Tの導通・非導通を切り替えると、バイアス線Vsに電流が流れる。この電流は、スイッチングノイズと呼ばれうるものである。
(4)放射線撮像装置100に衝撃や磁界を加えると、バイアス線Vsに電流が流れる。この電流は、外来ノイズと呼ばれうるものであり、図5に「外来ノイズ」として示されている。例えば、商用電源から生じた電磁界の影響により、バイアス線Vsに50〜60Hz程度の電流が流れうる。また、放射線撮像装置100に衝撃を与えると、バイアス線Vsに数Hz〜数kHzの電流が流れうる。
(5)放射線撮像装置100に磁界や衝撃を加えなくても、放射線撮像装置100自体が発生する電磁波や検知回路120の内部雑音などにより、バイアス線Vsに電流が流れる。この電流は、システムノイズと呼ばれうるものである。図5の「バイアス電流」では、第1信号・第2信号・外来ノイズが時間を通じて一定であるように示されるが、図5はこれらがどのタイミングで現われるかを概念的に示しているだけであり、時間を通じて一定であるとは限らない。
X(y)=S(y)−N(y) …(1)
X(y)=S(y)−N(y−1) …(2)
X(y)=S(y)−{N(y)+N(y−1)}/2 …(3)
X(y)=S(y)−N(y) …(4)
サンプリング周期TSを短くすることで、有効値Sに含まれる外来ノイズの値とノイズ値Nに含まれる外来ノイズの値とを近づけることができる。これにより、放射線情報における外来ノイズの影響を低減できる。
X(y)=S(y)−N1(y) …(5)
X(y)=S(y)−N3(y−1) …(6)
X(y)=S(y)−{N1(y)+N3(y−1)}/2 …(7)
式(5)〜式(7)は、y回目の初期化動作において得られた有効値S(y)と、この前後でサンプリングされたノイズ値N1(y)、N3(y−1)とを用いてX(y)を算出する。
X(y)=S(y)−{3×N1(y)−3×N2(y)+N3(y)} …(8)
この式(8)では、ノイズ値N(上記の例ではN1(y)〜N3(y))に重みが付されている。すなわち、ノイズ値Nに異なる係数が与えられている。式(8)は同一の初期化動作において得られた1つの有効値S及び複数のノイズ値Nについて、隣接する値同士の減算を繰り返し行うことで得られる。具体的には、算出部130はまず、同一の初期化動作の隣接するサンプル値同士の減算を行い、有効値Sとノイズ値Nとの差分を新たな有効値Sとし、ノイズ値N同士の差分を新たなノイズ値Nとする。算出部130は、上記の演算を1つの値が得られるまで繰り返す。従って、1回の初期化動作で得られたノイズ値Nがn個の場合に、算出部130は上記の演算をn段繰り返すことになる。この処理を数式で表すと以下のようになる。ここで、更新された有効値及びノイズ値を「'」を付けて表す。
S'(y)=S(y)−N1(y)
N1'(y)=N1(y)−N2(y)
N2'(y)=N2(y)−N3(y)
2段目の演算:
S''(y)=S'(y)−N1'(y)
N1''(y)=N1'(y)−N2'(y)
3段目の演算:
X(y)=S''(y)−N1''(y)
X(y)=S(y)−{3×N3(y−1)−3×N2(y−1)+N1(y−1)} …(9)
この式(8)も、式(7)と同様の計算によって得られる。
X(y)=S(y)−{3×N1(y)−3×N2(y)+N3(y)+3×N3(y−1)−3×N2(y−1)+N1(y−1)}/2 …(10)
式(10)では、算出部130は、1つ有効値Sと、その前後に連続して得られた6つのノイズ値Nに重みを付したものとに基づいて放射線情報を算出する。
X(y)=S1(y)+S2(y)+S3(y)−{N1(y)+N2(y)+N3(y)} …(11)
X(y)=S1(y)+S2(y)+S3(y)−{N1(y−1)+N2(y−1)+N3(y−1)} …(12)
X(y)=2×S1(y)+2×S2(y)+2×S3(y)−{N1(y)+N2(y)+N3(y)+N1(y−1)+N2(y−1)+N3(y−1)} …(13)
式(11)〜式(13)では、算出部130は、y回目の初期化動作において得られた3つの有効値S(y)と、この前後でサンプリングされた3つのノイズ値N又は6つのノイズ値Nとを用いてX(y)を算出する。ここで、上述の理由から、算出部130は、放射線情報を有効値・ノイズ値の加算・減算のみで算出しており、除算を用いていない。
X(y)={11×S1(y)+5×S2(y)+2×S3(y)}/18−{11×N3(y−1)+5×N2(y−1)+2×N1(y−1)}/18 …(14)
この式(14)では、有効値S・ノイズ値N(上記の例ではS1(y)〜S3(y)、N1(y−1)〜N3(y−1))に重みが付されている。すなわち、有効値S・ノイズ値Nに異なる係数が与えられている。式(14)は、y回目の初期化動作において得られた3つの有効値Sと、その直前のy−1回目の初期化動作において得られた3つのノイズ値Nのうち、隣接するk個同士の平均の差分を、k=1〜3まで平均することで得られる。この処理を数式で表すと以下のようになる。ここで、有効値Sの平均とノイズ値Nの平均との差分をD1〜D3で表す。
D1=S1(y)−N3(y−1)
2個の平均同士の差分:
D2={S1(y)+S2(y)}/2−{N3(y−1)+N2(y−1)}/2
3個の平均同士の差分:
D3={S1(y)+S2(y)+S3(y)}/3−{N3(y−1)+N2(y−1)+N1(y−1)}/3
差分の平均:
X(y)=(D1+D2+D3)/3
X(y)={11×S3(y)+5×S2(y)+2×S1(y)}/18−{11×N1(y)+5×N2(y)+2×N3(y)}/18 …(15)
この式(15)も、式(14)と同様の計算によって得られる。さらに別の実施例では、算出部130は式(14)で得られた放射線情報と式(15)で得られた放射線情報とを平均することによって放射線情報を算出してもよい。この場合に、算出部130は、y回目の初期化動作についての放射線情報を、y回目の初期化動作で得られた3つの有効値Sと、この前後に隣接して取得された6つのノイズ値Nに重みを付けた値とに基づいて算出することになる。式(14)、式(15)の何れも、有効値Sとノイズ値Nとの切り替わりのタイミングの近くにサンプリングされたノイズ値Nに大きな重みを付している。
X(y)={11×S1(y)+5×S2(y)+2×S3(y)}/18−{11×S3(y−1)+5×S2(y−1)+2×S1(y−1)}/18 …(16)
この式(16)は、式(14)と同様に、y回目の初期化動作において得られた3つの有効値Sと、y−1回目の初期化動作において得られた3つの有効値Sのうち、隣接するk個同士の平均の差分を、k=1〜3まで平均することで得られる。この処理を数式で表すと以下のようになる。ここで、y回目の初期化で得られた有効値Sの平均とy−1回目の初期化で得られた有効値Nの平均との差分をD1〜D3で表す。
D1=S1(y)−S3(y−1)
2個の平均同士の差分:
D2={S1(y)+S2(y)}/2−{S3(y−1)+S2(y−1)}/2
3個の平均同士の差分:
D3={S1(y)+S2(y)+S3(y)}/3−{S3(y−1)+S2(y−1)+S1(y−1)}/3
差分の平均:
X(y)=(D1+D2+D3)/3
X(y)=[S(y)+S(y+1)−{N(y+1)−N(y−1)}/18] …(17)
この式では、単位時間当たりの放射線信号量を増加させることができる。
図18を参照しながら本発明の別の実施形態の放射線撮像装置1800の全体構成を説明する。放射線撮像装置1800は、メモリ132及び加算器133をさらに有する点で図1の放射線撮像装置100とは異なる。その他の構成は第1実施形態と同様であってもよいので、重複する説明を省略する。
X[n]=X[n−1] (n>1)
X[n]=X (n=0)
Sum[m]=X+Sum[m]−X[W[m]]
Sum[m]=0 (リセット直後)
Sum[m]=X1 (k=1)
Sum[m]=X2+X1 (k=2)
Sum[m]=X3+X2+X1 (k=3)
Sum[m]=X4+X3+X2+X1 (k=4)
Sum[m]=X5+X4+X3+X2 (k=5)
Sum[m]=X6+X5+X4+X3 (k=6)
・・・
Sum[m]=XK+XK−1+XK−2+XK−3 (k=K)
図19を参照しながら本発明の別の実施形態の放射線撮像装置1900の全体構成を説明する。放射線撮像装置1900は、画素列ごとにバイアス線Vsが配置されており、検知回路120及び基準バイアス電位発生回路126を複数備える点で図1の放射線撮像装置100とは異なる。1本のバイアス線Vsごとに検知回路120及び基準バイアス電位発生回路126が設けられている。その他の構成は第1実施形態と同様であってもよいので、重複する説明を省略する。また、放射線撮像装置1900は、第2実施形態のように算出部130と判定部131との間にメモリ132を有してもよい。また、放射線撮像装置1900は、1本のバイアス線Vsごとに検知回路120及び基準バイアス電位発生回路126を有する代わりに、2本以上のバイアス線Vsごとに検知回路120及び基準バイアス電位発生回路126を有してもよい。
本実施形態に係る放射線撮像装置の構成は、上述の第1実施形態から第3実施形態の何れの放射線撮像装置と同じであってもよいので、放射線撮像装置100を例として説明する。本実施形態では、放射線撮像装置100は放射線が照射されていない場合に発生しているノイズを測定し、このノイズの量に基づいて自身の動作設定を変更する。ここで、動作設定とは、上述のオン時間TH、オフ時間TL、サンプリング周期TS、放射線情報を算出するための数式、同時に駆動する駆動線Gの本数、判定部131が放射線情報と比較する閾値などの、図3の放射線検知動作に関する設定でありうる。
Claims (17)
- 放射線を電荷に変換し蓄積する変換素子及び前記変換素子を信号線に接続するスイッチ素子を含む複数の画素が複数の行および複数の列を構成するように配列された画素アレイと、
前記複数の画素の前記変換素子にバイアス電位を与えるためのバイアス線と、
前記複数の画素の前記スイッチ素子の制御端子に接続された複数の駆動線と、
1つ以上の駆動線を含む駆動線グループごとに駆動信号を供給する駆動部であって、ある駆動線グループへの駆動信号を、前記スイッチ素子を非導通状態にするオフ電圧から、前記スイッチ素子を導通状態にするオン電圧に切り替え、前記オフ電圧に戻した後、時間間隔をおいて、次の駆動線グループへの駆動信号を前記オン電圧へ切り替える、駆動部と、
ある駆動線グループへの駆動信号を前記オン電圧へ切り替えてから、次の駆動線グループへの駆動信号を前記オン電圧へ切り替えるまでの駆動周期ごとに、前記複数の駆動線の少なくとも1つに前記オン電圧が供給されていることに応じて前記バイアス線を流れる電流を表す有効値と、前記複数の駆動線のそれぞれに前記オフ電圧が供給されていることに応じて前記バイアス線を流れる電流を表すノイズ値とを取得する取得部と、
前記有効値及び前記ノイズ値に基づいて放射線情報を算出する算出部と、
前記放射線情報に基づいて前記画素アレイへの放射線の照射の有無を判定する判定部とを備えることを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記算出部は、ある駆動周期について取得された前記有効値と、当該駆動周期について取得された前記ノイズ値及び当該駆動周期の直前の駆動周期で取得された前記ノイズ値の少なくとも一方とに基づいて前記放射線情報を算出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。
- 前記算出部は、1つ以上の前記有効値から算出される値と、1つ以上の前記ノイズ値から算出される値との差分に基づいて前記放射線情報を算出し、
前記判定部は、前記放射線情報を閾値と比較することによって前記判定を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線撮像装置。 - 前記取得部は、前記駆動周期ごとに、前記ノイズ値を複数回取得し、
前記算出部は、前記1つ以上のノイズ値から算出される値を、複数の前記ノイズ値に重みを付けて加算することによって算出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。 - 前記算出部は、前記放射線情報を算出するために用いられる有効値に対して近い時刻に取得されたノイズ値ほど大きな重みを付けることを特徴とする請求項4に記載の放射線撮像装置。
- 前記取得部は、前記駆動周期ごとに、前記有効値を複数回取得し、
前記算出部は、前記1つ以上の有効値から算出される値を、複数の前記有効値に重みを付けて加算することによって算出することを特徴とする請求項3乃至5の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記算出部は、前記有効値と、当該有効値の取得とは時間間隔をおいて取得されたノイズ値とに基づいて前記放射線情報を算出する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。
- 前記算出部は、前記駆動部がある駆動線グループへの前記駆動信号を前記オン電圧に切り替えた後、所定の遅延時間が経過した後に前記取得部が取得した1つ以上の信号値と、当該1つ以上の信号値の取得とは時間をおいて取得された1つ以上の信号値とに基づいて前記放射線情報を算出す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。
- 前記所定の遅延時間は、前記駆動線の時定数と前記バイアス線の時定数との少なくとも一方に基づいて決定されることを特徴とする請求項8に記載の放射線撮像装置。
- 前記バイアス線を複数備えるとともに、複数の前記バイアス線のそれぞれについて前記取得部を備え、
前記所定の遅延時間は、前記取得部ごとに決定されることを特徴とする請求項9に記載の放射線撮像装置。 - 前記放射線情報を記憶するためのメモリを更に備え、
前記判定部は、ある駆動周期について算出された前記放射線情報と、当該駆動周期で前記オン電圧が供給された駆動線グループについて、当該駆動周期よりも前の駆動周期で算出されて、前記メモリに記憶された放射線情報との差分に基づいて前記画素アレイへの放射線の照射の有無を判定することを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記取得部はA/D変換器を含み、
前記有効値及びノイズ値は、前記バイアス線を流れる電流を表すアナログ信号値を前記A/D変換器がサンプリングすることによって得られたディジタル信号値であることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記駆動部は、ある駆動周期で前記オン電圧が供給される1つ以上の駆動線と、次の駆動周期で前記オン電圧が供給される1つ以上の駆動線とが互いに隣接しないように前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記駆動部は、前記画素アレイの1辺から数えて奇数本目にある前記駆動線への前記駆動信号を順次に前記オン電圧に切り替えた後、偶数本目にある前記駆動線への前記駆動信号を順次に前記オン電圧に切り替えることを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記駆動線グループは2以上の駆動線を含むことを特徴とする請求項1乃至14の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記判定部が前記画素アレイへ放射線が照射されていると判定した場合に、前記駆動部は前記駆動信号の前記オン電圧への切り替えを終了することを特徴とする請求項1乃至15の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
- 請求項1乃至16の何れか1項に記載の放射線撮像装置と、
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。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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