JP6202840B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に好適に用いられる放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置の制御方法及びプログラムに関する。

放射線撮像装置は、放射線を電気信号に変換する画素が２次元アレイ状に配置された画素アレイと、画素の電気信号に基づくデジタル信号を出力する信号処理部と、画素アレイ及び信号処理部に電圧を供給する電源部と、を有する。特許文献１には、省電力化のために、電源部が、画素アレイに電圧を供給する第１電源と、信号処理部に動作電圧を供給する第２電源と、を有し、制御部が第１電源と第２電源とを独立して制御するように、電源部を制御することが開示されている。更に、特許文献１には、画素アレイへの放射線の照射が終了した後に第２電源が信号処理部に動作電圧を供給し、第２電源からの動作電圧の供給を受けてから所定の時間が経過した後に、信号処理部がデジタル信号を出力することが開示されている。

特開２００２−１６１５４２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、省電力化は達成され得るが、信号処理部から出力されるデジタル信号に基づいて放射線撮像装置から取得される画像にアーチファクトが生じるおそれがある。これは、信号処理部に動作電圧源が供給されてから所定の時間が経過した後であっても、信号処理部内の各要素に係る電圧が所望の値に達していない場合に発生し得る。一方、信号処理部内の各要素に係る電圧が所望の値に達するように所定の時間を長くすると、放射線の照射の終了から画像の取得までにかかる時間が長くなってしまう。そこで、本発明では、省電力化と、取得される画像のアーチファクトの抑制と、放射線の照射の終了から画像の取得までにかかる時間の抑制と、を達成し得る放射線撮像装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線撮像装置は、放射線をアナログ信号に変換するための複数の画素が複数の行及び複数の列を構成するように配列され、前記複数の画素の各々が、放射線を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に応じたアナログ信号を出力するスイッチ素子と、を含む画素アレイと、前記複数の画素から行単位で前記アナログ信号を並列に出力するために前記複数の画素の前記スイッチ素子を行単位で非導通状態から導通状態にするように前記画素アレイを駆動するための駆動部と、前記画素アレイから並列に出力された前記アナログ信号に基づく直列のデジタル信号を出力ために、複数の読出回路を含み、前記複数の読出回路がそれぞれ、前記画素アレイから並列に出力されたアナログ信号に基づいて前記直列のデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器を含む信号処理部と、前記駆動部及び信号処理部を制御する制御部と、を有する放射線撮像装置であって、前記制御部は、前記画素アレイへの放射線の照射が終了した後において、前記信号処理部を第１電力消費状態から前記第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へと遷移させ、前記遷移の後に前記駆動部に前記画素アレイを駆動させずに前記Ａ／Ｄ変換器を動作させる準備動作を行わせ、前記準備動作の後に前記駆動部に前記画素アレイを駆動させて前記信号処理部に前記直列のデジタル信号を出力させることを特徴とする。

本発明により、省電力化と、取得される画像のアーチファクトの抑制と、放射線の照射の終了から画像の取得までにかかる時間の抑制と、を達成し得る放射線撮像装置を提供することが可能となる。

実施形態に係る放射線撮像装置の構成例を説明する図である。 実施形態に係る放射線撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。 実施形態に係る放射線撮像装置の各動作を説明するタイミングチャートである。 実施形態に係る放射線撮像装置の各動作例を説明するタイミングチャートである。 実施形態に係る放射線撮像装置の追加の構成例を説明する図である。 実施形態に係る放射線撮像装置の追加の構成例による画像処理を説明する図である。 実施形態に係る放射線撮像装置の他の構成例を説明する図である。 実施形態に係る放射線撮像装置の他の構成例とその動作を説明する図である。 実施形態に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムを説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。なお、放射線は、例えば、Ｘ線、α線、β線またはγ線でありうる。

図１（ａ）を参照しながら本発明の実施形態に係る放射線撮像装置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。

放射線撮像装置１００は、画素アレイ１０１と、駆動部１０２と、読出回路１０４とデジタル信号処理回路１０５とを含む信号処理部１０３と、電源部１０６と、制御部１０７と、を含む。

画素アレイ１０１は、複数の行及び複数の列を構成するように２次元状に複数配列された複数の画素Ｐを有する。図１（ａ）に示す例では、画素Ｐが４行８列を構成するように配置されているが、実際には、より多くの行及び列を構成するように、より多くの画素Ｐが配列される。例えば、３５ｃｍ×４３ｃｍの放射線撮像装置では約２８００行約３４００列の画素を有する。各画素Ｐは、放射線を電荷に変換する変換素子Ｓと、その電荷又は電荷に応じた電気信号を信号線ＳＩＧに出力するスイッチ素子Ｔと、を含む。

変換素子Ｓは、例えば、光を電荷に変換する光電変換素子と、放射線を光電変換素子が検知可能な波長の光に変換する波長変換体（シンチレータ）とを含む間接型の変換素子でありうる。あるいは、変換素子は、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子でありうる。なお、図１（ａ）では、間接型の変換素子を用いており、その光電変換素子は、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板の上に配置された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である。

スイッチ素子Ｔは、制御端子と２つの主端子とを有するトランジスタ、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）でありうる。変換素子Ｓの一方の電極はスイッチ素子Ｔの２つの主端子の一方の電極に電気的に接続され、変換素子Ｓの他方の電極は共通のバイアス線ＢＳに電気的に接続される。バイアス線ＢＳには、バイアス電源Ｖｓからバイアス電位が供給される。

スイッチ素子Ｔの制御端子（ゲート）は、駆動部１０２によって導通電圧と非導通電圧が供給され得る駆動線Ｇに接続されている。駆動部１０２は、画素アレイ１０１における選択すべき行の駆動線Ｇに導通電圧を供給する。駆動線Ｇを通して導通電圧がスイッチ素子Ｔのゲートに供給されると、そのスイッチ素子Ｔが導通状態となる。これによって、選択された行の画素Ｐの変換素子Ｓに蓄積されていた電荷に応じた信号が複数の信号線ＳＩＧに並列に出力される。このようにして、駆動部１０２は画素アレイ１０１を駆動する。

複数の信号線ＳＩＧに並列に出力された並列信号は、信号処理部１０３に含まれる読出回路１０４によって読み出される。並列信号は、読出回路１０４によって、増幅、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）、及び、並列直列変換（ＭＰＸ）といった処理がなされ、直列のデジタル信号に変換される。読出回路１０４によって出力されたデジタル信号は、デジタル信号処理回路に１０５によって所望のデジタル信号処理がなされた後、出力され得る。所望のデジタル信号処理としては、図１（ａ）に示されるように、読出回路１０４が複数備えられている場合、デジタル信号の並列直列変換（デジタルマルチプレックス）処理が含まれ得る。このような動作により、信号処理部１０３は、画素Ｐの電気信号に基づくデジタル信号を出力する。信号処理部１０３は、複数の読出回路１０４と、デジタル信号処理回路１０５と、を含み得る。各読出回路１０４は、各信号線ＳＩＧに応じて複数の増幅回路が備えられた増幅部ＡＭＰと、複数の増幅回路に応じて複数のＳ／Ｈ回路が備えられたＳ／Ｈ部と、複数のＳ／Ｈ回路に応じて備えられた複数のスイッチを含むマルチプレクサ部（ＭＰＸ部）と、を含む。また、各読出回路１０４は、ＭＰＸ部から出力される直列アナログ信号をバッファ出力するバッファアンプＢＳ及びＢＮと、バッファアンプから出力された直列アナログ信号をデジタル変換してデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器ＡＤＣと、を更に含む。また、放射線撮像装置１００としては、画素アレイ１０１から出力された並列信号を処理するために、複数の信号処理部１０３を含み得る。なお、信号処理部１０３に関しては、図１（ｂ）を用いて後に詳細に説明する。

電源部１０６は、信号処理部１０３の各構成要素に動作電圧を供給し得る。図１（ａ）では、増幅部ＡＭＰに動作電圧Ｐ＿ＡＭＰを、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣに動作電圧Ｐ＿ＡＤＣを、それぞれ供給する。また、増幅部ＡＭＰの基準電圧や、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣの基準電圧や、Ｓ／Ｈ回路の定電圧なども供給し得る。

制御部１０７は、信号処理部１０３及び電源部１０６を制御し得る。図１（ａ）では、制御部１０７は、制御信号ΦＲ、ΦＳＨ、ΦＭＰＸ、ΦＡＤＣ、及び、ΦＤを信号処理部１０３に供給することにより、信号処理部１０３を制御する。ここで、ΦＲは増幅部ＡＭＰに供給される制御信号で、ΦＳＨはＳ／Ｈ部に供給される制御信号で、ΦＭＰＸはＭＰＸ部に供給される制御信号で、ΦＡＤＣはＡ／Ｄ変換器ＡＤＣに供給される制御信号である。また、ΦＤはデジタル信号処理回路１０５に供給される制御信号である。制御部１０７はまた、制御信号ΦＰＭを電源部１０６に供給することにより電源部１０６を制御する。更に制御部１０７は、制御信号ΦＤＲを駆動部１０２に供給することにより駆動部１０２を制御し得る。制御信号ΦＰＭにより、制御部１０７は、画素アレイ１０２への放射線の照射が終了した後に電源部１０６が信号処理部１０３に動作電圧を供給するように、電源部１０６を制御する。つまり、制御信号ΦＰＭによって、信号処理部１０３は、放射線の照射が終了した後に、第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へ第１電力消費状態から遷移する。そして、制御信号ΦＲ、ΦＳＨ、ΦＭＰＸ、ΦＡＤＣ、及び、ΦＤにより、制御部１０７は、動作電圧の供給を受けてから所定の時間が経過した後に信号処理部１０３がデジタル信号を出力するように、信号処理部１０３を制御する。このような制御により、省電力が達成され得る。なお、本実施形態では、制御信号ΦＰＭは、電源部１０７に供給されているが、本発明はそれに限定されるものではない。制御部１０６は、制御信号ΦＰＭを信号処理部１０３に供給し、信号処理部１０３が、放射線の照射が終了した後に、第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へ第１電力消費状態から遷移するようにしてもよい。

このような、画素アレイ１０１からの並列信号を複数の構成要素によって並列処理する構成を含む放射線撮像装置１００にあっては、放射線撮像装置１００から得られた画像にアーチファクトが生じ得る。これは、画素アレイ１０１からの並列信号を並列処理する複数の構成要素に供給された動作電圧の供給状態及び動作電圧の値に、構成要素ごとにばらつきを有していることが原因と考えられる。特に、複数のＡ／Ｄ変換器ＡＤＣを有する放射線撮像装置１００では、複数のＡ／Ｄ変換器ＡＤＣに供給された動作電圧の供給状態及び動作電圧の値にばらつきがあると、各Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣ間でデジタル変換特性が大きく相違し得る。それにより、放射線撮像装置１００から得られた画像にアーチファクトが生じ得る。この画像のアーチファクトは、画素アレイ１０１からの並列信号を並列処理する複数の構成要素への動作電圧の供給状態及び動作電圧の値が所望の状態となった場合には抑制される。そのため、そのような状態で取得され得る補正用の画像ではアーチファクトが抑制されており、補正用の画像を使用した補正処理では、アーチファクトの補正が困難となってしまう。

このようなアーチファクトに対して、誠意検討の結果、電信号処理部１０３が第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へ第１電力消費状態から遷移してから所定の時間内に、信号処理部１０３を動作させることにより、取得される画像のアーチファクトが抑制されることを見出した。これは、信号処理部を動作させることにより、画素アレイ１０１からの並列信号を並列処理する複数の構成要素に供給された動作電圧の供給状態や動作電圧の値のばらつきが低減するためと考えられる。動作電圧の供給状態や動作電圧の値のばらつきを、信号処理部１０３が放射線に応じたデジタル信号を出力する前に低減することにより、取得される画像に生じ得るアーチファクトが抑制され得る。信号処理部１０３が複数設けられている放射線撮像装置１００にあっては、所定の時間内に複数の信号処理部１０３を動作させるがより好ましい。複数の信号処理部１０３に供給された動作電圧の供給状態や動作電圧の値のばらつきが低減するためである。また、動作電圧の供給状態及び動作電圧の値のばらつきの低減のために信号処理部１０３が第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へ第１電力消費状態から遷移してから所定の時間を延ばす必要がない。そのため、放射線の照射の終了から画像の取得までにかかる時間を抑制できる。よって、本発明により、省電力化と、取得される画像のアーチファクトの抑制と、放射線の照射の終了から画像の取得までにかかる時間の抑制と、を達成し得る放射線撮像装置を提供することが可能となる。

次に、図１（ｂ）を用いて本実施形態の信号処理部１０３の読出回路１０４に含まれる増幅部、Ｓ／Ｈ部、及び、ＭＰＸ部の例を説明する。

増幅部ＡＭＰは、信号線ＳＩＧに出力された信号と基準電位Ｖｒｅｆとの差分を増幅する演算増幅器Ａと、積分容量Ｃｆと、積分容量ＣｆをリセットするリセットスイッチＲＣと、を含む積分増幅器が、増幅回路として信号線ＳＩＧ毎に備えられている。積分増幅器は、積分容量Ｃｆの値を変えることで増幅率を変更することができる。演算増幅器Ａの反転入力端子には、信号線ＳＩＧに出力された信号が供給され、非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。積分容量ＣｆおよびリセットスイッチＲＣは、演算増幅器Ａの反転入力端子と出力端子との間に並列に接続されている。リセットスイッチＲＣは、制御部１０７からの制御信号φＲによって制御され得る。Ｓ／Ｈ部は、各列に対応した複数のＳ／Ｈ回路を備えうる。１列分のＳ／Ｈ回路は、複数のスイッチ（ＳＨＯＮ、ＳＨＯＳ、ＳＨＥＮ及びＳＨＥＳ）と、複数の容量（Ｃｈｏｎ、Ｃｈｏｓ、Ｃｈｅｎ及びＣｈｅｓ）とを備えうる。スイッチＳＨＯＳと容量Ｃｈｏｓで奇数行信号用のＳ／Ｈ回路を、スイッチＳＨＯＮと容量Ｃｈｏｎで奇数行ノイズ用のＳ／Ｈ回路を、それぞれ構成している。また、スイッチＳＨＥＳと容量Ｃｈｅｓで偶数行信号用のＳ／Ｈ回路を、スイッチＳＨＥＮと容量Ｃｈｅｎで偶数行ノイズ用のＳ／Ｈ回路を、それぞれ構成している。スイッチＳＨＯＮは制御部１０７からの制御信号φＳＨＯＮによって、スイッチＳＨＯＳは制御信号φＳＨＯＳによって、スイッチＳＨＥＮＮは制御信号φＳＨＥＮによって、スイッチＳＨＥＳは制御信号φＳＨＥＳによって、それぞれ制御され得る。ＭＰＸ部は、各Ｓ／Ｈ回路毎に備えられたスイッチを含む。図１（ｂ）のＭＰＸ部は、ノイズ用のスイッチ（ＭＳＯＮ，ＭＳＥＮ）によって積分増幅器のノイズ信号を並列直列変換し、信号用のスイッチ（ＭＳＯＳ，ＭＳＥＳ）によって画素Ｐから出力され積分アンプで増幅された信号を並列直列変換する。ＭＰＸ部は、制御部１０７からの制御信号φＭＰＸによって制御され得る。ノイズ用のスイッチはノイズ用のバッファアンプＢＮに電気的に接続され、信号用のスイッチは信号用のバッファアンプＢＳに電気的に接続される。Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣはノイズ用のバッファアンプＢＮ及び信号用のバッファアンプＢＳに電気的に接続された差動Ａ／Ｄ変換器である。これら増幅部、Ｓ／Ｈ部、ＭＰＸ部、及び、Ａ／Ｄ変換器により、増幅、Ｓ／Ｈ、ＣＤＳ、ＭＰＸ、及び、Ａ／Ｄ変換の信号処理が行われる。なお、増幅部及びＡ／Ｄ変換器は、制御部１０６から制御信号ΦＰＭが供給される構成としてもよい。

次に、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図２を用いて放射線撮像装置の動作を説明する。図２は、放射線撮像装置の動作の例を説明するためのタイミングチャートである。ここで、動作Ｋは、初期化動作であり、第１行から最終行までの駆動線Ｇに任意の順番で導通電圧が供給されてスイッチ素子Ｔを導通させ、またリセットスイッチＲＣを導通することにより、変換素子Ｓを行単位で初期化する動作である。動作Ｗは、待機動作であり、全ての駆動線Ｇに導通電圧が供給されておらず、全ての画素Ｐのスイッチ素子Ｔが非導通状態に維持されている動作である。動作Ｗｘは、放射線の照射時間に対応して設定された時間に行われる蓄積動作であり、全ての駆動線Ｇに導通電圧が供給されておらず、全ての画素Ｐのスイッチ素子Ｔが非導通状態に維持されて、全ての画素で電気信号が蓄積される状態となる動作である。動作Ｗｄは、信号処理部１０３の動作電圧の供給状態及び動作電圧の値のばらつきを低減させるための準備動作であり、駆動部１０２によって画素アレイ１０１を駆動させない状態で制御部１０７が信号処理部１０３を動作させることによってなされる動作である。動作Ｈは、画素Ｐの電気信号に基づくデジタル信号を出力するための出力動作であり、駆動部１０２によって画素アレイ１０１が駆動された状態で制御部１０７が信号処理部１０３を動作させることによって行われる動作である。

図２に示すように、制御信号ΦＰＭがＬｏの状態にあっては、バイアス電源Ｖｓから変換素子Ｓへバイアス電位が供給されているが、電源部１０６から増幅部ＡＭＰ及びＡ／Ｄ変換器ＡＤＣへの動作電圧の供給はされていない状態にある。この状態を第１電力消費状態と称する。ただし、本発明の第１電力状態はこれに限定されるものではない。先に説明したように制御部１０６から信号処理部１０３に制御信号ΦＰＭが供給される形態にあっては、以下のようになる。制御信号ΦＰＭがＬｏの状態では、電源部１０６から増幅部ＡＭＰ及びＡ／Ｄ変換器ＡＤＣへの動作電圧の供給はなされているが、増幅部ＡＭＰ及びＡ／Ｄ変換器ＡＤＣが電力消費の低い状態としている。増幅部ＡＭＰでは、例えば、演算増幅器Ａの動作電圧入力端子（不図示）を介して演算増幅器Ａに流れる電流の量を制御する電流制御機構（不図示）を備えられている。制御信号ΦＰＭがＬｏの状態では、電流制御機構によって、演算増幅器Ａに流れる電流が少なくされることにより、増幅部ＡＭＰは電力消費の低い状態となる。また、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣでは、例えば、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣに用いられる比較器（不図示）の動作電圧入力端子（不図示）を介して比較器に流れる電流の量を制御する電流制御機構（不図示）を備えられている。制御信号ΦＰＭがＬｏの状態では、電流制御機構によって、比較器に流れる電流が少なくされることにより、増幅部ＡＭＰは電力消費の低い状態となる。電流制御機構は、例えば、カレントミラー回路と、そのカレントミラー回路に流れる電流の量を切り替え可能な回路によって構成され得る。この第１電力消費状態で、制御部１０７は放射線撮像装置１００に初期化動作Ｋを行わせる。次に、制御部１０７は放射線撮像装置１００に待機動作Ｗを行わせる。図２に示す例では、画素アレイ１０１に放射線が照射されるまで、放射線撮像装置１００は初期化動作Ｋと待機動作Ｗを交互に行っている。その後、制御部１０７は放射線撮像装置１００に蓄積動作Ｗｘを行わせ、その間に放射線が画素アレイ１０１に照射されることにより、画素Ｐに放射線に応じた電気信号が蓄積される。

蓄積動作Ｗの後に、制御部１０７は制御信号ΦＰＭをＨｉとし、電源部１０６に増幅部ＡＭＰ及びＡ／Ｄ変換器ＡＤＣへの動作電圧を供給させる。この状態を、第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態と称する。ただし、本発明の第２電力状態はこれに限定されるものではない。先に説明したように制御部１０６から信号処理部１０３に制御信号ΦＰＭが供給される形態にあっては、以下のようになる。制御信号ΦＰＭがＨｉの状態では、増幅部ＡＭＰ及びＡ／Ｄ変換器ＡＤＣが電力消費の高い状態としている。増幅部ＡＭＰでは、例えば、演算増幅器Ａの動作電圧入力端子（不図示）を介して演算増幅器Ａに流れる電流の量を制御する電流制御機構（不図示）を備えられている。制御信号ΦＰＭがＨｉの状態では、電流制御機構によって、演算増幅器Ａに流れる電流が多くされることにより、増幅部ＡＭＰは電力消費の高い状態となる。また、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣでは、例えば、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣに用いられる比較器（不図示）の動作電圧入力端子（不図示）を介して比較器に流れる電流の量を制御する電流制御機構（不図示）を備えられている。制御信号ΦＰＭがＨｉの状態では、電流制御機構によって、比較器に流れる電流が多くされることにより、増幅部ＡＭＰは電力消費の高い状態となる。放射線撮像装置１００を第２電力消費状態とした後の所定の時間内に、制御部１０７は放射線撮像装置１００に準備動作Ｗｄを行わせる。準備動作Ｗｄの後に、制御部１０７は放射線撮像装置１００に出力動作Ｈを行わせる。これにより、放射線撮像装置１００から放射線に応じた画素Ｐの電気信号に基づく画像（放射線画像）が取得される。

その後、制御部１０７はΦＰＭをＬｏにして放射線撮像装置１００を第２電力消費状態から第１電力消費状態に遷移させる。その後、制御部１０７は放射線撮像装置１００に、初期化動作Ｋと、放射線が画素アレイ１０１に照射されていない状態での蓄積動作Ｗｘと、を順に行わせる。その後、制御部１０７は放射線撮像装置１００を第１電力消費状態から第２電力消費状態に遷移させる。放射線撮像装置１００を第２電力消費状態とした後の所定の時間内に、制御部１０７は放射線撮像装置１００に準備動作Ｗｄを再度行わせる。再度の準備動作Ｗｄの後に、制御部１０７は放射線撮像装置１００に出力動作Ｈを再度行わせる。これにより、放射線撮像装置１００から放射線に応じない画素Ｐの電気信号に基づく画像（オフセット画像）が取得される。オフセット画像は、放射線画像の補正に用いられる。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、図２で説明した各動作を詳細に説明する。ここで、図３（ａ）は初期化動作Ｋ及び待機動作Ｗを説明するためのタイミングチャートで、図３（ｂ）は出力動作Ｈを説明するためのタイミングチャートで、図３（ｃ）は準備動作Ｗｄを説明するためのタイミングチャートである。

図３（ａ）に示すように、初期化動作Ｋでは、制御部１０７から駆動部１０２への制御信号ΦＤＲにより、第１行から最終行までの駆動線Ｇに任意の順番で導通電圧が駆動部１０２から供給される。それにより、第１行から最終行までのスイッチ素子Ｔが行単位で任意の順番で導通状態（ＯＮ）とされる。その間、リセットスイッチＲＣは制御部１０７からの制御信号ΦＲにより導通状態とされている。また、待機動作Ｗでは、全ての駆動線Ｇには駆動部１０２から導通電圧がされておらず、全てのスイッチ素子Ｔが非導通状態（ＯＦＦ）となっており、また、リセットスイッチＲＣも非導通状態となっている。

図３（ｂ）に示すように、出力動作では、まず、リセットスイッチＲＣが制御部１０７からの制御信号ΦＲにより導通状態とされ、信号線ＳＩＧ及び積分容量Ｃｆがリセットされる。次に、制御部１０７からの制御信号φＳＨＯＮによってスイッチＳＨＯＮが導通状態とされ、奇数行ノイズ用のＳ／Ｈ回路に積分増幅器のオフセット成分の信号が保持される。その後、制御部１０７から駆動部１０２への制御信号ΦＤＲにより、１行目の駆動線Ｇに導通電圧が駆動部１０２から供給される。それにより、１行目の画素Ｐのスイッチ素子Ｔが導通状態とされる。これにより、１行目の画素Ｐに蓄積されている電気信号が信号線ＳＩＧに並列に出力される。次に、制御部１０７からの制御信号φＳＨＯＳによってスイッチＳＨＯＳが導通状態とされ、奇数行信号用のＳ／Ｈ回路に信号線ＳＩＧに出力され積分増幅器で増幅された電気信号が保持される。これらにより画素アレイ１０１の１行目に対する動作がなされる。次に、リセットスイッチＲＣが制御部１０７からの制御信号ΦＲにより導通状態とされ、信号線ＳＩＧ及び積分容量Ｃｆがリセットされる。次に、制御部１０７からの制御信号φＳＨＥＮによってスイッチＳＨＥＮが導通状態とされ、偶数行ノイズ用のＳ／Ｈ回路に積分増幅器のオフセット成分の信号が保持される。その後、制御部１０７から駆動部１０２への制御信号ΦＤＲにより、２行目の駆動線Ｇに導通電圧が駆動部１０２から供給される。それにより、２行目の画素Ｐのスイッチ素子Ｔが導通状態とされる。これにより、２行目の画素Ｐに蓄積されている電気信号が信号線ＳＩＧに並列に出力される。次に、制御部１０７からの制御信号φＳＨＥＳによってスイッチＳＨＥＳが導通状態とされ、偶数行信号用のＳ／Ｈ回路に信号線ＳＩＧに出力され積分増幅器で増幅された電気信号が保持される。これらにより画素アレイ１０１の２行目に対する動作がなされる。ここで、制御部１０７は、画素アレイ１０１の２行目に対する動作がなされている間に、奇数行信号用及びノイズ用のＳ／Ｈ回路から画素アレイ１０１の１行目に対する動作で保持された各信号を出力するよう、制御信号ΦＭＰＸによりＭＰＸ部を動作させる。これらの動作を、３行目以降の行に対しても同様に行うことにより、放射線撮像装置１００から出力動作Ｈにより画像を取得し得る。なお、図３（ｂ）では出力動作Ｈにおけるスイッチ素子の導通時間が、図３（ａ）に示す初期化動作Ｋにおけるスイッチ素子Ｔの導通状態の時間（導通時間）と、概略同等の時間で記載されている。しかしながら、本発明はそれに限定されるものではなく、出力動作Ｈにおけるスイッチ素子の導通時間より初期化動作Ｋにおけるスイッチ素子Ｔの導通時間が短い方が、初期化動作Ｋの時間が短縮できるためより好ましい。

図３（ｃ）に示す準備動作Ｗｄでは、全ての駆動線Ｇには駆動部１０２から導通電圧がされていない点を除いて、図３（ｂ）で説明した出力動作Ｈの１行分の動作と同様の動作を複数回行っている。即ち、準備動作Ｗｄでは、第２電力消費状態で、リセットスイッチＲＣを導通させ、各Ｓ／Ｈ回路の各スイッチを導通させ、ＭＰＸ部の各スイッチを導通させる、一組の動作を複数回行っている。このような一組の動作により、画素アレイ１０１からの並列信号を並列処理する、複数の積分増幅器や複数のＡ／Ｄ変換器ＡＤＣの動作電圧の供給状態や動作電圧の値のばらつきが低減し得る。また、一組の動作を複数回行うことにより、ばらつきが低減する度合いが大きくなり、画像のアーチファクトを抑制する効果がより大きくなる。好ましくは出力動作Ｈにおける１行分の動作の時間の１００倍以上の時間で一組の動作を１００回以上行い、より好ましくは出力動作Ｈにおける１行分の動作の時間の５００倍以上の時間で一組の動作を５００回以上行う。また、図３（ｃ）に示す準備動作Ｗｄでは、全ての駆動線Ｇには駆動部１０２から導通電圧がされていない点を除いて、出力動作Ｈの１行分の動作と全く同じ動作を複数回行うことがより好ましい。ただし、本発明の準備動作Ｗｄは図３（ｃ）で説明した動作に限定されるものではなく、他の例を図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。

図４（ａ）に示す準備動作Ｗｄは、図３（ｃ）に示す準備動作Ｗｄに比べて、リセットスイッチＲＣが導通状態を維持している点で、相違する。リセットスイッチＲＣの導通状態の時間が長いほど、積分増幅器におけるばらつきはより低減され得る。図４（ｂ）に示す準備動作Ｗｄは、図４（ａ）に示す準備動作Ｗｄに比べて、ノイズ用Ｓ／Ｈ回路のスイッチの導通と信号用Ｓ／Ｈ回路のスイッチの導通とが同じ期間になされており、ノイズ用Ｓ／Ｈ回路と信号用Ｓ／Ｈ回路とが短絡されている点で、相違する。図４（ｃ）に示す準備動作Ｗｄは、図４（ｂ）に示す準備動作に比べて、全てのＳ／Ｈ回路のスイッチが導通状態を維持している点で、相違する。

なお、図３（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）で示す各準備動作Ｗｄの一組の動作では、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣから各列に対応したデジタル信号を取得することができる。このデジタル信号を使用して、準備動作Ｗｄの後で取得される画像の補正を行うことができる。図５（ａ）を用いて、この補正を行うことができるデジタル信号処理回路１０５の構成を説明する。

図５（ａ）は、デジタル信号処理回路１０５内に備えられ得る、補正手段５００を説明するためのブロック図である。補正手段５００は、選択回路５０１と、第１記憶手段５０２と、第２記憶手段５０３と、演算処理手段５０４と、を含む。選択回路５０１は、準備動作Ｗｄで読出回路１０４から出力されたデジタル信号を第１記憶手段５０２に、出力動作Ｈで読出回路１０４から出力されたデジタル信号を第２記憶手段５０３に、それぞれ選択して伝送する。第１記憶手段５０２は、準備動作Ｗｄで読出回路１０４から出力されたデジタル信号を記憶する。第２記憶手段５０３は、出力動作Ｈで読出回路１０４から出力されたデジタル信号を記憶する。演算処理手段５０４は、第１記憶手段５０２に記憶されたデジタル信号と、第２記憶手段５０３に記憶されたデジタル信号と、を用いて演算処理を行う。図５の例では、補正手段５００は、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣ毎に設けられている。なお、演算処理手段５０４で行われる演算処理は、図５（ｂ）や図５（ｃ）に示す概念図を用いて以下に説明する。

図５（ｂ）は、演算処理手段５０４で行う演算処理の第１例を説明するための概念図である。ここで、Ｒ（１，１）は準備動作Ｗｄの一組の動作のうちの１回目の動作で１列目の積分増幅器に対応する信号であり、Ｒ（１，２）１回目の動作で１列目の積分増幅器に対応する信号である。つまり、準備動作Ｗｄの一組の動作の回数をｘとすると、Ｒ（ｘ，ｎ）は準備動作Ｗｄの一組の動作のうちのｘ回目の動作でｎ列目の積分増幅器に対応する信号である。以下、準備動作Ｗｄで出力される信号を第１信号と称する。また、Ｓ（１，１）は１行１列目の画素Ｐに対応する信号であり、Ｓ（１，２）は１行２列目の画素Ｐに対応する信号であり、画素アレイ１０１の行数をｍ、列数をｎとするとＳ（ｍ，ｎ）はｍ行ｎ列目の画素Ｐに対応する信号である。以下、画素Ｐに対応する信号を、第２信号を称する。図５（ｂ）に示す例では、第１記憶手段５０２に記憶された第１信号と、第２記憶手段５０３に記憶された第２信号と、を用いた演算処理が行われる。ここで、第２信号のうち１列目に対応するＳ（ｍ，１）は、第１信号のうち１列目に対応するＲ（１，１）を用いて減算処理される。同様に、Ｓ（ｍ，２）はＲ（１，２）を、Ｓ（ｍ，３）はＲ（１，３）を、Ｓ（ｍ，４）はＲ（１，４）を、それぞれ用いて減算処理される。つまり、同じ列に対応する第１信号と第２信号で減算処理を行うことにより、画像のアーチファクトを低減し得る演算処理が行われ得る。

また、図５（ｃ）は、演算処理手段５０４で行う演算処理の第２例を説明するための概念図である。第２例では、準備動作Ｗｄのうち２回の一組の動作で得られる２つの第１信号を、を用いて第２信号の減算処理を行う。なお、第２例は、２回に限定されるものではなく、複数であればよい。また、複数の第１信号は、それぞれ減算処理に用いてもよく、また平均化処理されてもよく、また、複数の第１信号のうち第２信号と最も近い時刻の第１信号のみ使用するものであってもよい。

なお、演算処理の第１例及び第２例は、図２で説明したタイミングチャートにおける準備動作Ｗｄで得られた第１信号を用いたが、演算処理手段５０４で行われる演算処理は、それに限定されるものではない。例えば、制御部１０７が出力動作Ｈの時間内又は後に準備動作Ｗｄと同じ動作を信号処理部１０３に行わせ、それで得られた第１信号を演算処理に用いる変形例でもよい。図６（ａ）〜（ｄ）を用いて、演算処理手段５０４の演算処理の変形例を説明する。

図６（ａ）は、第１変形例であり、出力動作Ｈの前に行われた準備動作Ｗｄの一組の動作で得られた第１信号と、出力動作Ｈの後に行われた準備動作Ｗｄの一組の動作で得られた第１信号と、を用いて、第２信号の減算処理を行うものである。なお、第１変形例は、２回に限定されるものではなく、複数であればよい。

図６（ｂ）及び（ｃ）は、第２及び第３変形例である。出力動作Ｈの前に行われた準備動作Ｗｄの一組の動作で得られた第１信号と、出力動作Ｈの各行の動作の間に行われた準備動作Ｗｄの一組の動作で得られた第１信号と、を用いて、第２信号の減算処理を行うものである。

なお、第１〜３変形例の複数の第１信号は、それぞれ減算処理に用いてもよく、また平均化処理されてもよく、また、複数の第１信号のうち第２信号と最も近い時刻の第１信号のみ使用するものであってもよい。

図６（ｄ）は、第４変形例であり、出力動作Ｈの間に行われた準備動作Ｗｄの一組の動作で得られた第１信号のみを用いて第２信号の減算処理を行うものである。

また、これまでに説明した各例では、同じ列に対応する第１信号と第２信号で減算処理を行うことを説明したが、演算処理手段５０４の演算処理はそれに限定されるものではない。図６（ｅ）〜（ｆ）に示すように、共通のＡ／Ｄ変換器ＡＤＣを使用している列に対しては１つの第１信号で共通に演算処理に使用してもよい。これにより、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣの動作電圧の供給状態又は動作電圧の値のばらつきに起因する画像のアーチファクトは低減され得る。

なお、本発明の信号処理部１０３に含まれる読出回路１０４は、図１（ｂ）で説明した構成に限定されるものではない。図７を用いて読出回路１０４の他の構成例を説明する。

図７に示す読出回路１０４の他の構成例では、バッファアンプＢＳ及びＢＮに替えて、ソースフォロアバッファＳＦＳ及びＳＦＮと全差動増幅器Ａａとを用いている。更に、ソースフォロアバッファＳＦＳの入力をリセットする入力リセットスイッチＳＲＳ、及び、ＳＦＮの入力をリセットする入力リセットスイッチＳＲＮがそれぞれ設けられている。このような構成では、図５（ｂ）〜図６（ｆ）の各例の第１信号の替わりに、各入力スイッチＳＲＳ及びＳＲＮを用いてソースフォロアバッファＳＦＳ及びＳＦＮをリセットした際にＡ／Ｄ変換器ＡＤＣから得られるデジタル信号を使用することもできる。

また、変換素子Ｓとして、ＰＩＮ型フォトダイオードを用いて説明したが、本発明の放射線撮像装置はそれに限定されるものではない。例えば、図８（ａ）に示すように、ＭＩＳ型の光電変換素子に代表される、ＭＩＳ型の変換素子を使用することが可能である。ＭＩＳ型の変換素子を使用する場合、バイアス電源はＭＩＳ型変換素子をリフレッシュするための電位Ｖｒを供給可能な可変電源を用いることが好ましい。このＭＩＳ型の変換素子を用いた場合、図８（ｂ）に示す放射線撮像装置の動作は、図２で説明した動作に対して、各初期化動作Ｋの前にリフレッシュ動作Ｒがなされる点で相違する。なお、ＭＩＳ型変換素子のリフレッシュ及びリフレッシュ動作については、特開２０１２−２０４９６４号公報に記載されている。

次に、本発明を用いた移動可能な放射線撮像システムへの応用例を示す。図９（ａ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図である。図９（ａ）において、放射線撮像装置１００をＣ型アーム６０１から取り外し、Ｃ型アーム６０１に備えられた放射線発生装置２０６を用いて撮影を行う例を示している。ここで、Ｃ型アーム６０１は放射線発生装置６０７及び放射線撮像装置１００を保持するものである。６０２は放射線撮像装置１００で得られた画像データの表示が可能な表示部、６０３は被検体６０４を載せるための寝台である。また、６０５は放射線発生装置２０６、放射線撮像装置１００、及びＣ型アーム６０１を移動可能にする台車、６０６はそれらを制御可能な構成を有する移動型の制御装置である。制御コンピュータ１０８を含む制御装置６０６は、放射線撮像装置１００で得られた画像信号を画像処理して表示装置６０２等に伝送することも可能である。また、制御装置６０６による画像処理により生成された画像データは、電話回線等の伝送手段により遠隔地へ転送することができる。それにより、ドクタールームなどの別の場所でディスプレイに表示もしくは光ディスク等の保存手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、伝送された画像データをフィルムプロセッサによりフィルムとして記録することもできる。なお、本発明の制御部１０６は、その構成の一部又は全部が放射線撮像装置１００内に備えられていてもよく、また制御装置６０６内に備えられていてもよい。

図９（ｂ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムである。図５（ｂ）では、放射線撮像装置１００をＣ型アーム６０１から取り外し、Ｃ型アーム６０１に備えられた放射線発生装置６０７とは別の放射線発生装置６０７’を用いて撮影を行う例を示している。

なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、各実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。

１００ 放射線撮像装置
１０１ 画素アレイ
１０２ 駆動部
１０３ 信号処理部
１０４ 読出回路
１０５ デジタル信号処理回路
１０６ 電源部
１０７ 制御部

Claims (15)

1. 放射線をアナログ信号に変換するための複数の画素が複数の行及び複数の列を構成するように配列され、前記複数の画素の各々が、放射線を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に応じたアナログ信号を出力するスイッチ素子と、を含む画素アレイと、
   前記複数の画素から行単位で前記アナログ信号を並列に出力するために前記複数の画素の前記スイッチ素子を行単位で非導通状態から導通状態にするように前記画素アレイを駆動するための駆動部と、
   前記画素アレイから並列に出力された前記アナログ信号に基づく直列のデジタル信号を出力するために、複数の読出回路を含み、前記複数の読出回路がそれぞれ、前記画素アレイから並列に出力されたアナログ信号に基づいて前記直列のデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器を含む信号処理部と、
   前記駆動部及び前記信号処理部を制御する制御部と、
   を有する放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、前記画素アレイへの放射線の照射が終了した後において、前記信号処理部を第１電力消費状態から前記第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へと遷移させ、前記遷移の後に前記駆動部に前記画素アレイを駆動させずに前記信号処理部に前記Ａ／Ｄ変換器を動作させる準備動作を行わせ、前記準備動作の後に前記駆動部に前記画素アレイを駆動させて前記信号処理部に前記直列のデジタル信号を出力させることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記複数の読出回路はそれぞれ、前記画素アレイから並列に出力された電気信号を増幅する複数の増幅回路と、前記複数の増幅回路で増幅されたアナログ信号を並列にサンプルホールドする複数のＳ／Ｈ回路と、前記複数のＳ／Ｈ回路に並列にサンプルホールドされたアナログ信号を直列のアナログ信号に変換するマルチプレクサ部と、を更に含み、
   前記Ａ／Ｄ変換器は前記マルチプレクサ部で変換された直列のアナログ信号を前記直列のデジタル信号に変換し、
   前記準備動作は、前記遷移の後に前記駆動部に前記画素アレイを駆動させずに前記信号処理部に前記複数の増幅回路、前記複数のＳ／Ｈ回路、前記マルチプレクサ部、及び、前記Ａ／Ｄ変換器を動作させ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. 前記複数の増幅回路はそれぞれ、演算増幅器と積分容量とリセットスイッチとを含む積分増幅器を含み、
   前記制御部は、前記準備動作として前記複数の増幅回路の前記リセットスイッチを動作させ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. 前記複数のＳ／Ｈ回路はそれぞれ、前記画素から出力され前記増幅回路で増幅された信号を保持する信号用のＳ／Ｈ回路と、前記増幅回路のオフセット成分に応じた信号を保持するノイズ用のＳ／Ｈ回路と、を含み、
   前記制御部は、前記準備動作として前記信号用のＳ／Ｈ回路及び前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路を動作させ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. 前記制御部は、前記準備動作に含まれる一組の動作として、前記リセットスイッチが導通状態である間に、前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路を動作させ、前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路を動作させた後に前記信号用のＳ／Ｈ回路を動作させ、前記信号用のＳ／Ｈ回路を動作させた後に前記マルチプレクサ部及び前記Ａ／Ｄ変換器を動作させるように、前記信号処理部を制御することを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記制御部は、前記準備動作に含まれる一組の動作として、前記リセットスイッチを導通状態にしてから非導通状態にした後に前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路を動作させ、前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路を動作させた後に前記信号用のＳ／Ｈ回路を動作させ、前記信号用のＳ／Ｈ回路を動作させた後に前記マルチプレクサ部及び前記Ａ／Ｄ変換器を動作させるように、前記信号処理部を制御することを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
7. 前記制御部は、前記準備動作に含まれる一組の動作として、前記リセットスイッチが導通状態である間に、前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路と前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路とを短絡させ、前記マルチプレクサ部及び前記Ａ／Ｄ変換器を動作させるように、前記信号処理部を制御することを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
8. 前記制御部は、前記準備動作に含まれる一組の動作として、前記リセットスイッチが導通状態であり且つ前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路と前記ノイズ用のＳ／Ｈ回路とを短絡している間で、前記マルチプレクサ部及び前記Ａ／Ｄ変換器を動作させるように、前記信号処理部を制御することを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
9. 前記制御部は、前記準備動作として前記一組の動作を複数回行うように、前記信号処理部を制御することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記信号処理部は、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号の処理を行うデジタル信号処理回路を含み、
    前記デジタル信号処理回路は、前記一組の動作によって前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号を用いて、前記制御部が前記駆動部に前記画素アレイを駆動させて前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号を減算処理することを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記信号処理部に動作電圧を供給する電源部を更に含み、
    前記制御部は、前記画素アレイへの放射線の照射が終了した後に前記電源部が前記信号処理部に前記動作電圧を供給することにより前記信号処理部が前記第１電力消費状態から前記第２電力消費状態に遷移し、前記動作電圧の供給を受けてから前記準備動作をした後に前記駆動部が前記画素アレイを駆動して前記信号処理部がデジタル信号を出力するように、前記信号処理部及び前記電源部を制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記変換素子は、光を電荷に変換する光電変換素子と、放射線を光電変換素子が検知可能な波長の光に変換する波長変換体とを含む請求項１から１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置に放射線を照射するための放射線発生装置と、
    前記放射線撮像装置及び前記放射線発生装置を制御する制御装置と、
    を含む放射線撮像システム。
14. 放射線をアナログ信号に変換するための複数の画素が複数の行及び複数の列を構成するように配列され、前記複数の画素の各々が、放射線を電荷に変換する変換素子と、前記電荷に応じたアナログ信号を出力するスイッチ素子と、を含む画素アレイと、前記複数の画素から行単位で前記アナログ信号を並列に出力するために前記複数の画素の前記スイッチ素子を行単位で非導通状態から導通状態にするように前記画素アレイを駆動するための駆動部と、前記画素アレイから並列に出力された前記アナログ信号に基づく直列のデジタル信号を出力するために、複数の読出回路を含み、前記複数の読出回路がそれぞれ、前記画素アレイから並列に出力されたアナログ信号に基づいて前記直列のデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器と、を含む信号処理部と、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記画素アレイへの放射線の照射が終了した後において、前記信号処理部を第１電力消費状態より電力消費が高い第２電力消費状態へ前記第１電力消費状態から遷移させ、
    前記遷移の後に、前記駆動部に前記画素アレイを駆動させずに前記Ａ／Ｄ変換器を動作させる準備動作を行わせ、
    前記準備動作の後に前記駆動部に前記画素アレイを駆動させて前記信号処理部に前記直列のデジタル信号を出力させる、
    ことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
15. 請求項１３に記載の放射線撮像装置の制御を実行するプログラム。

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