JP6238577B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いて好適な放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

Ｘ線又は光を電荷に変換する変換素子に所望の電位を供給するトランジスタを含む画素が複数配列された画素アレイを有する放射線撮像装置では、放射線を照射する前に、複数の画素の各々において発生する暗電流によって生じた電荷のリセットが求められる。そのため、このような放射線撮像装置では、放射線を照射する前に、周期的に複数の画素のトランジスタを順次、導通状態として変換素子をリセットすることにより、画素の電荷を周期的にリセットするリセット動作を行うものがある。

特許文献１では、リセット動作を行いながら変換素子にバイアスを供給するバイアス配線に流れる電流を検出して、放射線発生装置からの放射線の照射を検出する放射線撮像装置が開示されている。また、放射線が照射されたことに応じて、リセット動作に相当する空読み動作を中断することが開示されている。リセット動作の中断によって、画素が放射線の照射に応じた電荷を蓄積するために、全てのトランジスタが非導通状態とされる蓄積動作に移行する。更に、その蓄積動作が開始してから所定の時間（蓄積時間）が経過した後に、電荷を画素信号としてそれぞれ順に読み出す読み出し動作に相当する本読み動作が開始される。ここで、リセット動作におけるトランジスタの導通状態の時間を、読み出し動作におけるトランジスタの導通時間よりも長い時間になるように設定することで、リセット効率を向上させることが開示されている。

特開２０１０−２６８１７１号公報

しかし、前述のようにリセット動作を行いながらバイアス電流を検出して放射線の照射の開始等を検出するように構成すると、以下の課題が存在する。すなわち、放射線の照射の開始から、放射線の照射の開始の検出までにリセット動作が行われた変換素子から、放射線の照射により発生した信号電荷の一部が失われてしまう。これは、リセット動作におけるトランジスタの導通時間が長い程、影響が大きくなる。このため、アーチファクトの小さい画像を得るためには、リセット動作におけるトランジスタの導通時間を短くすることが望ましい。すなわち、リセット動作において、全ての画素のトランジスタを順次、導通状態としてリセットを行う時間（以下、リセット動作の周期と記載する）を短くすることが望ましい。

しかし、一方で、上記のように、アーチファクトの小さい画像を得るためにリセット動作の周期を短くすると、放射線撮像装置で放射線の照射を検出する際の検出能力が低下してしまうという課題が生じる。

本発明の目的は、良質な放射線画像を取得し、放射線の検出能力を向上させることができる放射線撮像装置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、行列状に配列され、放射線を電荷に変換する複数の変換素子と、前記複数の変換素子及び読み出し回路の間に接続される複数のトランジスタと、前記トランジスタを導通状態にする導通電圧と前記トランジスタを非導通電圧にする非導通電圧とを選択的に前記トランジスタのゲートに供給する駆動部と、放射線の照射を検出する検出部とを有し、前記駆動部は、少なくとも１つの行の単位で順に前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給することによるリセット動作を複数回行う第１動作を行い、前記第１動作において前記検出部により放射線の照射が検出されると、前記導通電圧を供給することを停止し、前記複数のトランジスタのゲートに前記非導通電圧を供給することによる蓄積動作を含む第２動作を行い、前記第２動作の後に、行の単位で順に前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給することによる読み出し動作を含む第３動作を行い、前記第１動作では、ある行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次に他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間が、他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次にさらに他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間と異なるように、前記リセット動作を所定の周期で行うことを特徴とする。

第１動作を行うことにより、良質な放射線画像を取得し、放射線の検出能力を向上させることができる。

第１の実施形態による放射線撮像システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態による放射線撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態による駆動方法を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態の効果を説明するための図である。 第１の実施形態の効果を説明するための図である。 第１の実施形態の他の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態の他の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態の他の駆動方法を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態による駆動方法を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態による駆動方法を説明するための図である。

（第１の実施形態）
以下、放射線撮像装置の放射線の検出能力について説明する。本願発明者は、図４に示すように、以下のことを見出した。
（１）検出能力は、横軸に放射線の照射時間[ｍｓ]、縦軸に放射線が照射された画像の平均値で［ＬＳＢ］で表せること。
（２）放射線の照射条件において、放射線が照射された画像の平均値が大きい領域が検出可能な範囲であり、放射線が照射された画像の平均値の小さい領域が検出不可能な領域であること。
（３）上記のグラフの傾きが変化する地点は、リセット動作の周期であること。

放射線撮像装置は、放射線の照射の開始や終了といった放射線の照射の有無を検出することが可能である。放射線の照射の開始の検出までにリセット動作が行われた変換素子から、放射線の照射により発生した信号電荷の一部が失われてしまうことによる画像上のアーチファクトを補正する必要がある。このような、画像補正を行う際、信号電荷の一部が失われてしまった画素以外の画素のデータを用いて、アーチファクトを補正することができる。このような場合、放射線の照射の開始の検出が遅れることによって、リセット動作において、放射線撮像装置内の全ての画素からの信号が失われてはならない。すなわち、各画素のうちの所定の画素のリセット動作中に、放射線の照射が開始された場合、その次になされる所定の画素のリセット動作までに放射線の照射の開始の検出がなされなければならない。言い換えると、放射線の照射の開始の検出は、リセット動作の周期の時間内になされなければならない。このため、放射線の照射の開始から放射線の検出までの時間の限界は、リセット動作の周期となる。すなわち、リセット動作の周期の時間を超える長い放射線照射時間の場合、より強い放射線でないと検出できなくなり、図４に示すように、リセット動作の周期の時間を超える領域では、右上がりのグラフとなる。これにより、よりアーチファクトの小さい画像を得るためにリセット動作の周期を短くすると、放射線撮像装置で放射線の照射を検出する際の検出能力が低下し、照射時間が長くて弱い放射線の検出が困難になる。

そこで、良質な放射線画像を取得し、かつ放射線の検出能力を向上させることができる放射線撮像システムの実施形態を、以下、説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による放射線撮像装置１００を有する放射線撮像システムの構成例を示す図である。放射線撮像システムは、放射線撮像装置１００、放射線源５０１、曝射スイッチ５０３及び放射線制御装置５０２を有する。曝射スイッチ５０３が押されると、放射線源５０１は、放射線制御装置５０２からの制御信号により、被写体を介して放射線撮像装置１００に放射線５０５を照射する。放射線撮像装置１００は、放射線５０５を、被写体を介して、入射する。

放射線撮像装置１００は、撮像部１０１、駆動部１０２、処理部１０６、制御部１０８及び電流検出部５０８を有する。撮像部１０１は、第１の撮像部１０１ａ及び第２の撮像部１０１ｂを有する。処理部１０６は、読み出し回路１０３、アナログ／デジタル変換器１４及び信号処理部１０５を有する。読み出し回路１０３は、第１の読み出し回路１０３ａ及び第２の読み出し回路１０３ｂを有する。アナログ／デジタル変換器１０４は、第１のアナログ／デジタル変換器１０４ａ及び第２のアナログ／デジタル変換器１０４ｂを有する。撮像部１０１ａ及び１０１ｂは、被写体を透過した放射線に応じた信号を生成する。第１の読み出し回路１０３ａは第１の撮像部１０１ａの信号を読み出し、第２の読み出し回路１０３ｂは第２の撮像部１０１ｂの信号を読み出す。第１のアナログ／デジタル変換器１０４ａは第１の読み出し回路１０３ａにより読み出された信号をアナログからデジタルに変換し、第２のアナログ／デジタル変換器１０４ｂは第２の読み出し回路１０３ｂにより読み出された信号をアナログからデジタルに変換する。信号処理部１０５は、アナログ／デジタル変換器１０４ａ及び１０４ｂにより変換されたデジタル信号を処理する。電流検出部５０８は、撮像部１０１に流れる電流を検出することにより、放射線の照射を検出する。制御部１０８は、撮像部１０１を駆動する駆動部１０２に制御信号を出力することによって、撮像部１０１の動作を制御する。

図２は、図１の放射線撮像装置１００の一部の構成例を示す図である。撮像部１０１は、複数の行及び複数の列を構成するように２次元行列状に配列された複数の画素２０１を有する。ここでは、簡易化のため、画素２０１が８行×８列を構成するように配された撮像部１０１を示している。また、撮像部１０１には、信号線Ｓｉｇ₁〜Ｓｉｇ₈が各列の画素２０１に対応するようにそれぞれ配されている。例えば、第ｍ行目及び第ｎ列目の画素２０１は、変換素子Ｓ_mnとトランジスタＴ_mnとを有する。変換素子Ｓ_mnは、２つの電極の間に半導体を有し、放射線又は光を電荷に変換する。変換素子Ｓ_mnの一方の電極は、トランジスタＴ_mnに電気的に接続され、他方の電極は、センサバイアス線２０２に電気的に接続される。

変換素子Ｓ_mnは、放射線を直接的又は間接的に電荷に変換する。例えば、変換素子Ｓ_mnの上部には、蛍光体が設けられる。蛍光体は、放射線を光に変換する。変換素子Ｓ_mnは、例えば、半導体としてのアモルファスシリコンを用いたＰＩＮ型フォトダイオード又はＭＩＳ型光電変換素子等であり、光を電荷に変換する。これにより、変換素子Ｓ_mnは、放射線を電荷に変換することができる。なお、変換素子Ｓ_mnは、半導体としてのアモルファスセレンを用いて、放射線を直接電荷に変換する素子であってもよい。放射線は、Ｘ線、α線、β線、γ線等の電磁波を含む。

トランジスタＴ_mnは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。トランジスタＴ_mnは、ゲートとソースとドレインとを有し、ソース及びドレインの一方が変換素子Ｓ_mnの一方の電極に接続され、ソース及びドレインの他方が処理部１０６内の読み出し回路１０３（図１）に接続される。トランジスタＴ_mnのゲートに信号Ｇｍの導通電圧が供給されると、トランジスタＴ_mnが導通状態になり、変換素子Ｓ_mnに蓄積された電荷の量に応じた信号が信号線Ｓｉｇ_nに出力される。この際、処理部１０６の定電圧源から所定の定電圧が導通状態のトランジスタＴ_mnを介して変換素子Ｓ_mnに供給されることにより、変換素子Ｓ_mnで発生した電荷がリセットされる。信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧に応じて、変換素子Ｓ₁₁〜Ｓ₈₈の電荷がそれぞれリセットされる。このように、複数の画素２０１に対して、定電圧源に接続されたトランジスタＴ_mnを、複数の行に対して順に導通状態にする動作を、リセット動作と称する。

駆動部１０２は、信号Ｇ１〜Ｇ８を撮像部１０１に出力する。駆動部１０２は、信号Ｇ１〜Ｇ８として、トランジスタＴ_mnを導通状態にする導通電圧とトランジスタＴ_mnを非導通状態にする非導通電圧とを選択的に複数のトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに供給する。駆動部１０２は、画素２０１の各行に対応して、例えば、ＤフリップフロップＤＦＦ１〜ＤＦＦ８（これらをまとめて「ＤＦＦ」という）を有し、シフトレジスタを構成する。また、駆動部１０２は、各ＤフリップフロップＤＦＦに対応して、論理積回路ＡＮＤ及びレベルシフト回路ＬＥＶＥＬを有する。駆動部１０２には、タイミングジェネレータＴＧから信号ＤＩＯ、信号ＣＰＶ及び信号ＯＥが入力される。信号ＤＩＯは、ＤフリップフロップＤＦＦ１に信号を入力するためのスタートパルス信号である。信号ＣＰＶは、各ＤフリップフロップＤＦＦの保持するパルスを次段のＤフリップフロップＤＦＦにシフトするためのシフトクロック信号である。信号ＯＥは、各ＤフリップフロップＤＦＦの保持する状態をそれに対応するレベルシフト回路ＬＥＶＥＬに出力するか否かを決定するための出力イネーブル信号である。複数の論理積回路ＡＮＤは、それぞれ、ＤフリップＤＦＦ１〜ＤＦＦ８と信号ＯＥとの論理積信号をレベルシフト回路ＬＥＶＥＬに出力する。レベルシフト回路ＬＥＶＥＬは、電圧レベルをシフトする回路である。このようにして、駆動部１０２は、信号ＯＥがハイレベル状態のときは、各ＤフリップフロップＤＦＦが保持する導通電圧又は非導通電圧を選択的に撮像部１０１に出力する。また、駆動部１０２は、信号ＯＥがローレベル状態のときは、非導通電圧を、撮像部１０１に出力する。

電流検出部５０８は、アンプａｍｐＸ及び帰還抵抗Ｒｆで構成される増幅回路５０と、比較器ＣＭＰとを有する。電流検出部５０８は、バイアス線２０２を介して、複数の変換素子Ｓ₁₁〜Ｓ₈₈にバイアス電圧Ｖｓを印加する。放射線の照射によって、撮像部１０１に放射線が入射し、それに応じたバイアス電流がバイアス線２０２に流れる。増幅回路５０は、バイアス線２０２の電流を電圧に変換する。比較器ＣＭＰは、この変換された電圧と基準電位ＶｒｅｆＸとを比較し、その結果を信号５０７として出力する。このようにして、電流検出部５０８は、放射線が照射されたことを検出する。

制御部１０８は、信号５０７を入力し、放射線の照射に応じて、放射線撮像装置１００を駆動する。制御部１０８は、タイミングジェネレータＴＧ、カウンタＣＮＴ、ユニット５１０、記憶部Ｍ及びスイッチＳＷを有する。ユニット５１０は、電流検出部５０８からの信号５０７によって、放射線が照射されたことに応答して、カウンタＣＮＴのカウンタ値に応じた値を記憶部Ｍに格納する。また、ユニット５１０は、スイッチＳＷによって切り替えることにより、信号ＯＥの線をタイミングジェネレータＴＧに接続するか、又は信号ＯＥの線をローレベル状態に固定する。タイミングジェネレータＴＧは、２種類のタイミングＴＧＫ及びＴＧＨを生成する。動作の詳細な説明は、後に、図３を参照しながら説明する。

図３は、放射線撮像システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。図３は、上から、撮像部１０１の動作の状態、放射線が照射されたことを検出するための検出信号５０７の出力値、及びその検出信号５０７の判定結果が示されている。さらに、その下には、信号ＤＩＯ、ＣＰＶ及びＯＥ、カウンタＣＮＴのカウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒ、並びに記憶部Ｍが記憶している情報ｍｅｍｏｒｙが示されている。その下には、信号Ｇ１〜Ｇ８が示されている。

第１動作は、複数の画素２０１の少なくとも１行を単位として周期的にリセットするリセット動作と、トランジスタＴ_mnを非導通状態とする蓄積動作を交互に行う。リセット動作は、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_mnのゲートに対する信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を複数行に対して順次、行い、画素２０１の全てのリセットが行う。その後、蓄積動作は、全てのトランジスタＴ_mnを非導通状態とする信号Ｇ１〜Ｇ８の非導通電圧を駆動部１０２がトランジスタＴ_mnのゲートに供給する。このリセット動作と蓄積動作は、放射線が照射されるまで繰り返し複数回行われる。ここで、第１動作の周期とは、画素２０１の全てをリセットするのに要する時間ΔＫと、全てのトランジスタＴ_mnを非導通状態とする蓄積動作の時間Ｗと、の和の時間ΔＫ＋Ｗである。すなわち、ある画素２０１のリセットの開始とその次になされるその画素２０１のリセットの開始の間の時間である。または、ある画素２０１のリセットの終了とその次になされるその画素２０１のリセットの終了の間の時間である。また、すべての画素２０１をリセットするリセット動作は、信号ＤＩＯが入力された後に、信号ＣＰＶに応じて信号Ｇ１〜Ｇ８が順番に活性化されることによって為される。このリセット動作は、複数の画素２０１のそれぞれにおいて生じている暗電流に基づくノイズ信号成分を周期的に初期化する。また、信号ＤＩＯが入力された後は、信号ＣＰＶに応じてカウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒが１から８まで順次カウントされる。カウント値ｃｏｕｎｔｅｒは、リセットする行に対応する。例えば、カウント値ｃｏｕｎｔｅｒが１であれば、信号Ｇ１が導通電圧になり、第１行がリセットされる。制御部１０８は、検出信号５０７が閾値より大きくなり、放射線の照射開始を判定すると、信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を停止することによって、第１動作を中断し、第２動作に移行するように駆動部１０２を制御する。例えば、信号Ｇ１の第１行で、リセット動作が中断され、カウント値ｃｏｕｎｔｅｒは１で停止する。

第２動作は、変換素子Ｓ_mnが放射線の照射に応じた電荷を生成し、その電荷を蓄積する蓄積動作である。第２動作では、変換素子Ｓ_mnで発生した電荷に応じた電気信号を画素２０１に蓄積するために、トランジスタＴ_mnを非導通状態とする信号Ｇ１〜Ｇ８の非導通電圧を駆動部１０２がトランジスタＴ_mnのゲートに供給する。本実施形態では、蓄積動作は、複数の画素２０１の全てのトランジスタＴ_mnのゲートに対して駆動部１０２が信号Ｇ１〜Ｇ８の非導通電圧を供給しているものである。第２動作では、画素２０１のそれぞれは、放射線が照射されることによって生じた電荷を含む電荷に応じた電気信号を蓄積する。また、この第２動作では、放射線が照射されたことに応じて、カウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒの値が記憶部Ｍに格納される。ここでは、カウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒの「１」が記憶部Ｍに格納される。制御部１０８は、検出信号５０７が閾値より小さくなると、放射線の照射終了を判定し、第２動作を終了し、第３動作に移行する。

第３動作では、制御部１０８は、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_mnのゲートに対する信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を複数行に対して順に行うように、駆動部１０２を制御する。第３動作は、変換素子Ｓ_mnに蓄積された電荷の量に応じた画素信号が画素２０１のそれぞれから処理部１０６に読み出される読み出し動作である。信号Ｇ１〜Ｇ８が導通電圧になることにより、トランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈が行単位で導通状態になり、変化素子Ｓ₁₁〜Ｓ₁₁の画素信号が行単位で信号線Ｓｉｇ₁〜Ｓｉｇ₈に読み出される。読み出し動作では、信号線Ｓｉｇ₁〜Ｓｉｇ₈に処理部１０６の定電圧源が接続されず、リセットなしで、画素信号が信号線Ｓｉｇ₁〜Ｓｉｇ₈に読み出される。制御部１０８は、第３動作の終了に応じて、第４動作に移行するように、駆動部１０２を制御する。

第４動作は、第１動作と同様に、複数の画素２０１のそれぞれを少なくとも１行を単位として周期的にリセットするリセット動作と、トランジスタＴ_mnを非導通状態とする蓄積動作を交互に行う。第４動作の各周期の動作は、第１動作の各周期の動作と同じである。第４動作では、上記の第１動作の周期を複数回行った後、第１動作において信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給が停止された行で、信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を停止することによって終了する。この終了は、例えば、前述の記憶部Ｍに格納された情報ｍｅｍｏｒｙの「１」にしたがって為される。すなわち、信号Ｇ１の導通電圧のリセット動作を最後にして、第４動作が終了する。ここでは、第１動作の周期を２周期分為された後の３周期目で第４動作が中断されているが、各画素２０１の暗電流によって生じた電荷をリセットするために十分な回数だけ繰り返して為されなければならない。第１動作の周期を２回以上繰り返し行われた後に終了することが好ましい。制御部１０８は、第１動作にあわせて第４動作における信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を停止することによって、第４動作を中断して第４動作を終了し、第４動作の終了に応じて、第５動作に移行するように、駆動部１０２を制御する。

第５動作は、第２動作と同様に、変換素子Ｓ_mnで発生した電荷に応じた電気信号を画素２０１に蓄積するために、トランジスタＴ_mnを非導通状態とする信号Ｇ１〜Ｇ８の非導通電圧を駆動部１０２がトランジスタＴ_mnのゲートに供給する蓄積動作である。ただし、第５動作においては、画素２０１のそれぞれは、放射線が照射されていないため、暗電流によって生じた電荷に応じた電気信号を蓄積する。制御部１０８は、第５動作が終了すると、第６動作に移行する。

第６動作では、駆動部１０２が複数の画素２０１の複数行のうちの少なくとも１つの行のトランジスタＴ_mnのゲートに対する信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を複数行に対して順に行う。第６動作は、暗電流によって生じた電荷に応じた電気信号（暗時の画素信号）を画素２０１のそれぞれから処理部１０６に読み出す読み出し動作である。暗時の画素信号は、画素２０１が有するオフセット成分を補正のための信号を含む。信号処理部１０５は、第３動作で読み出した第１の画像信号と、第６動作で読み出した暗時の第２の画像信号との差分を算出し、放射線画像として出力する。この差分の補正により、オフセット成分を除去した放射線画像を得ることができる。なお、この差分処理は、放射線撮像装置１００の外部に設けられた別の処理装置で行ってもよい。

次に、最も好適な第１動作について、説明する。前述のように、電流検出部５０８がバイアス線２０２の電流を検出して放射線の照射の開始等を検出するように構成すると、以下の課題が存在する。すなわち、放射線の照射の開始から、放射線の照射の開始の検出までの間にリセット動作が行われた変換素子Ｓ_mnから、放射線の照射により発生した信号電荷の一部が失われてしまう。これは、リセット動作におけるトランジスタＴ_mnの導通時間が長い程、影響が大きくなる。このため、アーチファクトの小さい画像を得るためには、リセット動作におけるトランジスタＴ_mnの導通時間を短くすることが望ましい。ただし、トランジスタＴ_mnの導通時間を短くすると、リセット動作における暗電流によって生じた電荷のリセット効果が低減してしまう。すなわち、暗電流によって生じた電荷を十分にリセットできず、変換素子Ｓ_mnに残ってしまう。このため、十分にリセットされる導通時間を最低限確保する必要がある。

そこで、第１動作では、複数のトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈の各々のゲートに信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧を供給する時間をΔＴｏｎとした時、ΔＴｏｎ≧３×τの関係が成り立つと良い。ここで、τは画素２０１のトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈の転送効率の時定数である。通常、放射線撮像装置１００において、τは、２〜５μｓ程度であるので、ΔＴｏｎは、６〜１５μｓであることが望ましい。また、放射線撮像装置１００においては、３０００行程度の信号Ｇ１〜Ｇ３０００の走査線を有するため、リセット動作の時間ΔＫは、１８ｍｓ〜４５ｍｓ程度となる。

また、本実施形態では、上記のリセット動作の後、蓄積動作を行う。これによって、リセット動作の周期が短くなることを防いでいる。ここで、本実施形態の目的である、アーチファクトの小さい放射線画像を取得し、かつ放射線の検出能力を向上させるために、最も好適な第１動作の周期について説明する。第１動作の周期ΔＫ＋Ｗは、以下の２点から決めることとする。

（１）診断で使用される放射線の照射時間の最大値
（２）放射線撮影後のプレビュー時間

（１）について、診断で使用される放射線の照射時間の最大値は５００ｍｓ程度である。このため、５００ｍｓの放射線が検出できれば良い。

（２）について、一般的に、放射線撮像装置１００では、放射線撮影直後に取得画像をプレ表示する機能がある。放射線撮影の終了からプレ表示されるまでの時間をプレビュー時間と言う。このプレビュー時間は、３ｓ以内であることが望ましい。図３に示したタイミングチャートにおいて、プレビュー時間は、第３動作の開始から第６動作の終了までの期間である。ここで、一般的な静止画撮影用の放射線撮像装置１００において、第３動作及び第６動作の時間は５００ｍｓ程度であり、第５動作の時間は１ｓ程度である。よって、第４動作は１ｓ程度であることが望ましい。また、前述のように、第４動作における第１動作の周期は２回以上行うことが望ましい。よって、第１動作の周期ΔＫ＋Ｗ及び第４動作の周期ΔＫ＋Ｗは、５００ｍｓ以下であることが望ましい。

上記の（１）及び（２）より、第１動作の周期は、本実施形態において５００ｍｓ程度が望ましい。

本実施形態の効果を図４に示す。本実施形態のように、リセット動作におけるトランジスタＴ_mnの導通時間ΔＴｏｎを短くすることにより、放射線の照射により発生した信号電荷の一部が失われてしまうことによる画像上のアーチファクトを小さくすることができる。また、第１動作がリセット動作のみの場合、第１動作の周期ΔＫは短くなり、検出能力が低くなる。これに対し、本実施形態のように、第１動作において、リセット動作のみではなく、リセット動作の後に蓄積動作を行うことで、第１動作の周期ΔＫ＋Ｗを長くすることができ、検出能力が高くなる。これによって、放射線の照射の開始から放射線の照射の開始の検出までの時間を長くすることができる。すなわち、図４に示したように、放射線の照射時間の長い領域における検出能力を向上させることができ、照射時間が長くて弱い放射線も検出可能となる。

また、本実施形態の他の効果について、図５を用いて説明する。本実施形態では、第１動作において、リセット動作と蓄積動作を交互に行って、放射線の照射を待っている。放射線の照射の開始により、図５に示すように、バイアス線２０２に流れるバイアス電流が流れ始める。このバイアス電流は、放射線の照射の開始からの蓄積時間、すなわち放射線の照射の開始時点から各行のトランジスタＴ_mnのゲートに信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧が供給されるまでの時間に応じた大きさで、流れる。このため、本実施形態のように、リセット動作の後、蓄積時間を入れた場合に、信号Ｇ８の行でのバイアス電流と蓄積動作後の信号Ｇ１の行でのバイアス電流とを比較すると、後者の方が大きくなり、検出感度が高い状態となっている。このため、本実施形態において、蓄積動作後の信号Ｇ１の行で放射線の照射を検出される可能性が高い。放射線撮像装置１００において、信号Ｇ１の行は、最上端の行であるため、画像診断の際に使われない領域となる可能性が高い。すなわち、信号Ｇ１の行でのアーチファクトは画像診断する際に、問題となりにくい。これは、放射線の照射の開始を検出することが可能な放射線撮像装置１００において、大きなメリットとなる。

図６は、図３の第１動作の他の駆動方法について説明する。図６では、信号Ｇ１〜Ｇ８の各行毎のリセット動作の順序が異なっている。第１動作では、まず、奇数行のリセット動作を行い、次に、蓄積動作を行い、次に、偶数行のリセット動作を行い、次に、蓄積動作を行う。第１動作では、この４個の動作を１周期として、放射線が照射されるまで、繰り返し行う。奇数行のリセット動作では、奇数行の信号Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５、Ｇ７を順次、導通電圧にする。偶数行のリセット動作では、偶数行の信号Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ８を順次、導通電圧にする。この場合、ある行のトランジスタＴ_mnのゲートに信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧を供給した次のタイミングで、その行に隣接する行以外の行のトランジスタＴ_mnのゲートに信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧を供給している。放射線の照射の開始の検出までにリセット動作が行われた変換素子Ｓ_mnから、放射線の照射により発生した信号電荷の一部が失われてしまうことにより、画像上のアーチファクトが発生してしまうことがある。本実施形態は、その場合、信号電荷の一部が失われてしまった画素以外の画素のデータを用いて補正する際に有効な動作手法である。この動作手法によれば、画素の信号電荷が失われてしまっても、それに隣接する画素は信号電荷が失われないので、アーチファクトを補正する際、隣接する画素のデータを用いて補正することができる。図６に示すように、奇数行の信号Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５、Ｇ７に順次導通電圧を供給した後、偶数行の信号Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ８に順次導通電圧を供給する動作を行った場合、リセット動作の周期は図３のリセット動作の半分になる。このような動作においても、蓄積動作を入れることで、照射時間の長い領域における検出能力を向上させることができる。

図７は、図３の第１動作のさらに他の駆動方法について説明する。図７では、図３の第１動作のリセット動作が２行単位ずつ為された場合を示している。まず、２行の信号Ｇ１及びＧ２が導通電圧になり、次に、２行の信号Ｇ３及びＧ４が導通電圧になり、次に、２行の信号Ｇ５及びＧ６が導通電圧になり、次に、２行の信号Ｇ７及びＧ８が導通電圧になる。これによって、バイアス線２０２に流れる電流の量が２倍になり、検出能力を向上させることができる。このような場合、リセット動作の周期は、図３のリセット動作の半分になる。このような動作においても、蓄積動作を入れることで、照射時間の長い領域における検出能力を向上させることができる。

図８は、図３の第１動作のさらに他の駆動方法について説明する。図８では、図６と同様に、第１動作では、まず、奇数行のリセット動作を行い、次に、蓄積動作を行い、次に、偶数行のリセット動作を行い、次に、蓄積動作を行う。第１動作では、この４個の動作を１周期として、放射線が照射されるまで、繰り返し行う。奇数行のリセット動作では、２行単位でリセット動作が行われる。まず、奇数行の２行の信号Ｇ１及びＧ３が導通電圧になり、次に、奇数行の２行の信号Ｇ５及びＧ７が導通電圧になる。偶数行のリセット動作も、２行単位でリセット動作が行われる。まず、偶数行の２行の信号Ｇ２及びＧ４が導通電圧になり、次に、偶数行の２行の信号Ｇ６及びＧ８が導通電圧になる。以上のように、まず、奇数行を２行単位ずつ順次導通電圧を供給して奇数行のリセット動作を行い、次に、蓄積動作を行い、次に、偶数行を２行単位ずつ順次導通電圧を供給して偶数行のリセット動作を行い、次に、蓄積動作を行う。これによって、バイアス線２０２に流れる電流の量が２倍になり、検出能力を向上させることができ、かつ信号電荷の一部が失われてしまうことによる画像上のアーチファクトを隣接する画素のデータを用いて補正することができる。この場合、リセット動作の周期は、図３のリセット動作の４分の１になる。このような動作においても、蓄積動作を入れることで、照射時間の長い領域における検出能力を向上させることができる。

以上のように、本実施形態は、リセット動作の形態に限定されず、様々な形態のリセット動作の後に蓄積動作を入れることが可能である。また、本実施形態において、第１動作の周期がより長い方が、より長い放射線の検出が可能となる。ただし、第１動作の周期を長く設定し過ぎた場合、上記のプレビュー時間が長くなってしまう。これは、放射線撮像装置１００の使い勝手の悪化を招くことになる。よって、第１動作の周期は診断で使用される放射線の照射時間の最大が確保されていれば十分である。

（第２の実施形態）
図９及び１０は、本発明の第２の実施形態による放射線システムの動作を説明するためのタイミングチャートである。図９は、上から、撮像部１０１の動作の状態、放射線が照射されたことを検出するための検出信号５０７の出力値、及び検出信号５０７の判定結果が示されている。さらに、その下には、信号ＤＩＯ、ＣＰＶ及びＯＥ、カウンタＣＮＴのカウンタ値ｃｏｕｎｔｅｒ、並びに記憶部Ｍが記憶している情報ｍｅｍｏｒｙが示されている。その下には、信号Ｇ１〜Ｇ８が示されている。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。

本実施形態の第１動作は、リセット動作と蓄積動作を交互に行う第１の実施形態とは異なり、リセット動作のみを複数回繰り返し行う。ただし、ある行のトランジスタＴ_mnを導通状態にする時点から、その次の行のトランジスタＴ_mnを導通状態にするまでの期間Δｔ（図１０）を行毎に異なるように設定できる。図１０には、画像診断で重要となる関心領域内の行の信号Ｇ３〜Ｇ６と、画像診断の際に使用されない関心領域外の信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ７，Ｇ８とで、上記の期間Δｔを変えている。具体的には、関心領域外の信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ７，Ｇ８では期間Δｔを長く設定し、関心領域内の信号Ｇ３〜Ｇ６では期間Δｔを短く設定している。例えば、放射線撮像装置１００が３０００行の画素２０１から構成される場合において、中央部の２０００行が関心領域の場合、関心領域の２０００行では、期間Δｔ＝１０μｓとする。また、周辺部の５００行ずつが関心領域外の場合、関心領域外の計１０００行では、期間Δｔ＝４８０μｓとする。こうすることにより、第１動作の周期を５００ｍｓとすることができる。

第１の実施形態と同様に、制御部１０８は、放射線が照射されたことに応じて、第１動作の信号Ｇ１〜Ｇ８の導通電圧の供給を停止することによって第１動作を中断して第２動作に移行するように駆動部１０２を制御する。本実施形態における第２動作、第３動作、第５動作及び第６動作は、第１の実施形態で説明した動作と同様である。第４動作においては、上述の第１動作の周期を２回以上繰り返し行われた後に終了することが好ましい。

次に、本実施形態の効果を説明する。放射線の照射の開始の検出までにリセット動作が行われた変換素子Ｓ_mnから、信号電荷の一部が失われてしまうことによる画像上のアーチファクトは、放射線の照射の開始からの蓄積時間に応じて生じている。これは、放射線の照射の開始からの蓄積時間が長いほど、失われる電荷の量が大きくなるためである。すなわち、図１０の期間Δｔが長い行では、アーチファクトは大きくなる。画像診断において、関心領域内では、アーチファクトは小さい方が望ましい。このため、本実施形態において、関心領域内で期間Δｔを短くしている。また、放射線の照射の開始の検出は、関心領域外で為されることが望ましい。このため、関心領域外での期間Δｔを長く設定し、関心領域外で放射線照射の開始の検出が為されるようにしている。

第１の実施形態で述べたように、リセット動作を短くすると、照射時間が長くて弱い放射線の照射に対する検出能力が低下してしまう。本実施形態によれば、関心領域外での期間Δｔを長く設定することにより、リセット動作の期間を長くすることができるので、関心領域内でのアーチファクトを小さくし、さらに放射線の照射の検出能力を向上させることができる。

また、図１０では、関心領域内と関心領域外で期間Δｔの長さを変えているが、これに限定されるものではない。放射線撮像装置１００には、画像診断に使用されないダミー画素が含まれている。このダミー画素の行でのみ期間Δｔを長く設定してもよい。

以上のように、第１及び第２の実施形態によれば、駆動部１０２は、少なくとも１つの行の単位で順にトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに導通電圧を供給することによるリセット動作を複数回行う第１動作を行う。次に、駆動部１０２は、検出部５０８により放射線の照射が検出されると、導通電圧を供給することを停止し、複数のトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに非導通電圧を供給することによる蓄積動作を含む第２動作を行う。次に、駆動部１０２は、第２動作の後に、行の単位で順にトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに導通電圧を供給することによる読み出し動作を含む第３動作を行う。次に、駆動部１０２は、第３動作が終了すると、少なくとも１つの行の単位で順にトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに導通電圧を供給することによるリセット動作を複数回行う第４動作を行う。次に、駆動部１０２は、第４動作が終了すると、複数のトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに非導通電圧を供給することによる蓄積動作を含む第５動作を行う。次に、駆動部１０２は、第５動作が終了すると、第４動作を終了し、行の単位で順にトランジスタＴ₁₁〜Ｔ₈₈のゲートに導通電圧を供給することによる読み出し動作を含む第６動作を行う。

第１動作では、ある行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点からその次に他の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点までの期間を第１の期間とする。そして、他の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点からその次にさらに他の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点までの期間を第２の期間とする。この場合、第１の期間は、第２の期間と異なる。

第１の実施形態では、図３の駆動方法が行われる。第１動作では、すべての行のリセット動作とその次のすべての行のリセット動作との間の期間を第３の期間とする。そして、すべての行のリセット動作内のある行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点からその次に他の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点までの期間を第４の期間とする。その場合、第３の期間は、第４の期間よりも長い。

第２の実施形態では、図９及び図１０の駆動方法が行われる。第１動作では、２次元行列状の複数の変換素子Ｓ₁₁〜Ｓ₈₈のうちの中央部の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点からその次に他の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点までの期間を第５の期間とする。そして、２次元行列状の複数の変換素子Ｓ₁₁〜Ｓ₈₈のうちの周辺部の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点からその次に他の行のトランジスタのゲートに導通電圧を供給する時点までの期間を第６の期間とする。第５の期間は、第６の期間より短い。

第１動作を行うことにより、第１動作の周期ΔＫ＋Ｗを長くすることができるので、良質な放射線画像を取得し、放射線の検出能力を向上させることができる。

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、又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。

Ｓ₁₁〜Ｓ₈₈ 変換素子、Ｔ₁₁〜Ｔ₈₈ トランジスタ、１０２ 駆動部、５０８ 検出部

Claims (8)

1. 行列状に配列され、放射線を電荷に変換する複数の変換素子と、
   前記複数の変換素子及び読み出し回路の間に接続される複数のトランジスタと、
   前記トランジスタを導通状態にする導通電圧と前記トランジスタを非導通電圧にする非導通電圧とを選択的に前記トランジスタのゲートに供給する駆動部と、
   放射線の照射を検出する検出部とを有し、
   前記駆動部は、
   少なくとも１つの行の単位で順に前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給することによるリセット動作を複数回行う第１動作を行い、
   前記第１動作において前記検出部により放射線の照射が検出されると、前記導通電圧を供給することを停止し、前記複数のトランジスタのゲートに前記非導通電圧を供給することによる蓄積動作を含む第２動作を行い、
   前記第２動作の後に、行の単位で順に前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給することによる読み出し動作を含む第３動作を行い、
   前記第１動作では、ある行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次に他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間が、他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次にさらに他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間と異なるように、前記リセット動作を所定の周期で行うことを特徴とする放射線撮像装置。
2. さらに、前記複数の変換素子にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を有し、
   前記検出部は、前記バイアス線に流れる電流を基に、前記放射線の照射を検出することを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
3. 前記駆動部は、
   前記第３動作が終了すると、少なくとも１つの行の単位で順に前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給することによるリセット動作を複数回行う第４動作を行い、
   前記第４動作が終了すると、前記複数のトランジスタのゲートに前記非導通電圧を供給することによる蓄積動作を含む第５動作を行い、
   前記第５動作が終了すると、前記第４動作を終了し、行の単位で順に前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給することによる読み出し動作を含む第６動作を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線撮像装置。
4. 前記第１動作では、すべての行のリセット動作とその次のすべての行のリセット動作との間の所定の期間は、前記すべての行のリセット動作内のある行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次に他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間よりも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記第１動作では、前記行列状の複数の変換素子のうちの中央部の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次に他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間が、前記行列状の複数の変換素子のうちの周辺部の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点からその次に他の行の前記トランジスタのゲートに前記導通電圧を供給する時点までの所定の期間より短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記第４動作の各周期の動作は、前記第１動作の各周期の動作と同じであることを特徴とする請求項３記載の放射線撮像装置。
7. 前記第１動作では、前記複数のトランジスタの各々のゲートに前記導通電圧を供給する時間をΔＴｏｎ、前記トランジスタの転送効率の時定数をτとすると、ΔＴｏｎ≧３×τの関係が成り立つことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   被写体を介して前記放射線撮像装置に放射線を照射する放射線源と
   を有することを特徴とする放射線撮像システム。

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