JP6366542B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システムおよび照射開始検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システムおよび照射開始検出方法に関する。

Ｘ線等の放射線によって形成される光学像を電気的に撮像する放射線撮像装置がある。放射線撮像装置の方式は、放射線を直接に電気信号に変換する直接型と、放射線をシンチレータによって光に変換し、光を電気信号に変換する間接型とに大別される。いずれの方式においても、放射線の照射の開始に同期して放射線画像の撮像動作が実行される必要がある。同期の方式としては、放射線源の制御装置から放射線撮像装置に同期信号を送る方式と、放射線撮像装置がそれに照射された放射線を検出する方式とがある。特許文献１には、センサ部で発生した電荷に起因した電気信号に基づいて放射線の照射開始を検出する放射線画像撮影装置が記載されている。

特開２０１４−２３９５７号公報

放射線撮像装置がそれに照射された放射線を検出することによって放射線の照射の開始を検出する方式では、照射された放射線に感度を有する信号に含まれるノイズが大きいと、誤検出が発生しうる。

本発明は、誤検出の防止ないし低減に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線画像を撮像するために複数の画素を有する画素アレイと、放射線の照射を検出するための検出部と、制御部とを備える放射線撮像装置に係り、前記放射線撮像装置は、前記制御部は、前記検出部を使って得られる、基準値に対する変化分である測定値と、前記基準値に対して正および負のうちの一方における閾値と、の比較に基づく放射線の照射の開始の判定に応じて、前記画素アレイによる放射線画像の撮像動作を制御し、前記制御部は、前記正および前記負のうちの他方における前記測定値のみに応じて前記閾値を変更する。

本発明によれば、誤検出の防止ないし低減に有利な技術が提供される。

本発明の１つの実施形態の放射線撮像システムの構成を示す図。 本発明の１つの実施形態の放射線検出パネルの構成を示す図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置の動作を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置の動作を説明する図。 比較例における放射線照射の開始の検出を説明する図。 比較例における放射線照射の開始の検出を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置における放射線照射の開始の検出を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置における放射線照射の開始の検出を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置における放射線照射の開始の検出を説明する図。 本発明の第２の実施形態を説明する図。 本発明の第２の実施形態を説明する図。 本発明の第３の実施形態を説明する図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態の放射線撮像システム２００の構成が示されている。放射線撮像システム２００は、放射線で形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（即ち、放射線画像データ）を得るように構成されている。放射線は、典型的には、Ｘ線でありうるが、α線、β線、γ線などであってもよい。放射線撮像システム２００は、例えば、放射線撮像装置２１０、放射線源２３０、曝射制御部２２０およびコンピュータ２４０を備えうる。放射線源２３０は、曝射制御部２２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源２３０から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置２１０に照射される。

放射線撮像装置２１０は、放射線検出パネル２１２と、放射線検出パネル２１２を制御する制御部２１４とを含む。制御部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。制御部２１４は、サンプルホールド回路、オペアンプ等のアナログ回路を含んでもよい。

制御部２１４は、放射線検出パネル２１２を制御するほか、放射線検出パネル２１２から出力される信号を処理する。制御部２１４は、放射線検出パネル２１２から出力される検出信号の値または該検出信号を処理して得られる値である測定値が閾値を超えた場合に、放射線の照射が開始されたと判定し、放射線検出パネル２１２に放射線画像の撮像動作を開始させる。

図２には、放射線検出パネル２１２の構成例が示されている。放射線検出パネル２１２は、画素アレイ１１２を備えている。画素アレイ１１２は、放射線を検出する複数の画素ＰＩＸ、および、複数の列信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３）を有する。なお、図２では、記載の簡単化のために、画素アレイ１１２は、３行×３列の画素ＰＩＸで構成されているが、実際には、より多くの画素ＰＩＸが配列されうる。一例において、放射線検出パネル２１２は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素ＰＩＸを有しうる。

放射線検出パネル２１２はまた、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路（行選択回路）１１４、および、画素アレイ１１２の複数の列信号線Ｓｉｇに現れる信号を検出する読出部１１３と、放射線の照射を検出する検出部１０３を備えている。この例では、検出部１０３は、画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸの全部または一部に対してバイアス線Ｂｓ（導電線）を介してバイアス電位Ｖｓを与えるバイアス回路を兼ねている。

バイアス回路を兼ねる検出部１０３は、差動増幅器１２１と、差動増幅器１２１の第１入力端子と差動増幅器１２１の出力端子との間に接続されたフィードバック抵抗１２２とを含みうる。差動増幅器１２１の第２入力端子には、バイアス電位Ｖｓ（所定値）が供給される。イマジナリーショートにより差動増幅器１２１の第１入力端子と第２入力端子とは同一電位となる。したがって、バイアス線Ｂｓの電位は、差動増幅器１２１によってバイアス電位Ｖｓに駆動される。差動増幅器１２１の出力端子には、バイアス線Ｂｓを流れる電流、即ちバイアス線Ｂｓに現れる電気信号に応じた電位が出力される。バイアス線Ｂｓを流れる電流は、放射線の照射に対して感度を有する信号である。

放射線検出パネル２１２（画素アレイ１１２）に放射線が照射されると、それに応じた電流がバイアス線Ｂｓを流れる。よって、差動増幅器１２１の出力端子には、画素アレイ１１２への放射線の照射量に相関がある電気信号が現れる。検出部１０３は、差動増幅器１２１の出力端子に出力される信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１２３を含みうる。以下では、検出部１０３のＡ／Ｄ変換器１２３から出力される制御部２１４に供給される信号を検出信号と呼ぶが、差動増幅器１２１の出力端子に出力される信号を検出信号として理解することもできる。また、差動増幅器１２１とＡ／Ｄ変換器１２３との間には、増幅回路および／またはフィルタなどの回路が配置されてもよい。Ａ／Ｄ変換器１２３は、制御部２１４に設けられてもよい。

検出部１０３は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検出することによって画素アレイ１１２に対する放射線の照射を検出するが、これは一例である。画素アレイ１１２に対する放射線の照射は、列信号線Ｓｉｇの電位または列信号線Ｓｉｇを流れる電流を検出することによって検出されてもよい。あるいは、画素アレイ１１２に対する放射線の照射は、複数の画素ＰＩＸの一部から読出部１１３によって信号を読み出すことによって検出されてもよい。あるいは、画素アレイ１１２に対する放射線の照射は、画素アレイ１１２の中または画素アレイ１１２の外に専用の放射線検出センサを配置し、該放射線検出センサによって検出されてもよい。

各画素ＰＩＸは、放射線を検出する変換素子Ｃと、変換素子Ｃと列信号線Ｓｉｇ（複数の列信号線Ｓｉｇのうち変換素子Ｃに対応する列信号線Ｓｉｇ）とを接続するスイッチＳＷとを含む。変換素子Ｃは、それに入射した放射線の量に対応する信号を列信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｃは、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＭＩＳ型フォトダイオードを含みうる。あるいは、変換素子Ｃは、ＰＩＮ型フォトダイオードを含みうる。変換素子Ｃは、放射線を直接に電気信号に変換する直接型として構成されてもよいし、放射線を光に変換した後に、光を検出する間接型として構成されてもよい。間接型においては、シンチレータが複数の画素ＰＩＸによって共有されうる。

スイッチＳＷは、例えば、制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタで構成されうる。変換素子Ｃは、２つの主電極を有し、変換素子Ｃの一方の主電極は、スイッチＳＷの２つの主端子のうちの一方に接続され、変換素子Ｃの他方の主電極は、バイアス線Ｂｓに接続されている。第１行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ１に接続され、第２行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ２に接続され、第３行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ３に接続されている。ゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・には、駆動回路１１４によってゲート信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３・・・が供給される。

第１列の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの１つの主端子が第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続されている。第２列の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの１つの主端子が第２列の列信号線Ｓｉｇ２に接続されている。第３列の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの１つの主端子が第３列の列信号線Ｓｉｇ３に接続されている。各列信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ３・・・）は、容量ＣＣを有する。

読出部１１３は、１つの列信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように複数の列増幅部ＣＡを有する。各列増幅部ＣＡは、例えば、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７、バッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、それに対応する列信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、例えば、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。該演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。該リセットスイッチは、制御部２１４によって駆動されるリセット信号ＲＣが活性化されることによってオンし、これにより、該積分容量がリセットされるとともに列信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。

可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５からの設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１０７は、制御部２１４によって駆動されるサンプルホールド信号ＳＨが活性化されることによって可変増幅器１０４からの信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７は、例えば、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７からの信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。該サンプリングスイッチは、制御部２１４から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。

読出部１１３はまた、複数の列信号線Ｓｉｇのそれぞれに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含む。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含み、該シフトレジスタは、制御部２１４から供給されるクロック信号に従ってシフト動作を行い、該シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。検出部１０３はまた、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリング（インピーダンス変換）するバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ２４０に供給される。

放射線撮像装置２１０の動作は、初期化動作、蓄積動作、読み出し動作を含む。初期化動作は、画素アレイ１１２の複数の画素ＰＩＸを行単位で初期化する動作である。蓄積動作は、画素アレイ１１２の各画素ＰＩＸにおいて放射線の照射によって発生する電荷を蓄積する動作である。読み出し動作は、画素アレイ１１２への放射線の照射によって画素アレイ１１２の各画素ＰＩＸに蓄積された電荷に応じた信号を画素アレイ１１２から読み出して画像（画像信号）として出力する動作である。

初期化動作から蓄積動作へは、検出部１０３から出力される検出信号に基づいて制御部２１４が放射線撮像装置２１０への放射線の照射が開始されたと判定することによって移行する。蓄積動作から読み出し動作へは、例えば、蓄積動作の開始から所定時間が経過したことに応じて移行する。

図３および図４を参照しながら放射線撮像装置２１０の動作を説明する。制御部２１４は、ステップＳ３１０において、初期化動作を開始する。初期化動作では、制御部２１４は、第１行から最終行までのゲート線Ｇ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・）を順にアクティブレベルにするとともにリセット信号ＲＣをアクティブレベルにする動作を繰り返す。ここで、リセット信号ＲＣがアクティブレベルにされると、積分増幅器１０５はボルテージフォロワ状態となり、基準電位Ｖｒｅｆが信号線Ｓｉｇに供給される。この状態で、駆動線Ｇがアクティブレベルにされた行のスイッチＴが導通状態となり、変換素子２０１の容量Ｃｓに蓄積されていた電荷が初期化される。図４において、Ｖｇ（０）、Ｖｇ（１）、Ｖｇ（２）、・・・、Ｖｇ（Ｙｓ）、Ｖｇ（Ｙｓ＋１）、・・・Ｖｇ（Ｙ−１）は、画素アレイ１１２の第１行から最終行のゲート線Ｇに供給される駆動信号を示している。

初期化動作の期間において、検出部１０３は、画素アレイ１１２への放射線の照射量に相関のある検出信号を出力する。初期化動作中に、ステップＳ３２０において、制御部２１４は、放射線の照射が開始されたかどうかを判定する。具体的には、制御部２１４は、検出部１０３から出力される検出信号に基づいて、画素アレイ１１２への放射線の照射が開始されたかどうかを判定する。

制御部２１４は、画素アレイ１１２への放射線の照射が開始されたと判定するまでは、初期化動作を継続する（ステップＳ３７０)。制御部２１４は、画素アレイ１１２への放射線の照射が開始されたと判定すると（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、ステップＳ３３０において蓄積動作を開始する。即ち、放射線の照射の開始が検出されると（図４には、「照射開始検出」として示されている。）、初期化動作から蓄積動作に移行する。ステップＳ３２０における処理については後述する。

蓄積動作中は、制御部２１４は、ステップＳ３４０において、放射線の照射の終了を判定する。放射線の終了の判定方法は、特に限定されないが、例えば、蓄積動作の開始から所定時間が経過したことによって放射線の照射が終了したものと判定することができる。あるいは、制御部２１４は、検出部１０３から出力される検出信号の瞬間値、積分値および微分値の少なくとも１つに基づいて画素アレイ１１２への放射線の照射が終了したことを判定することができる。

制御部２１４は、画素アレイ１１２への放射線の照射が終了したと判定するまでは、蓄積動作を継続する（ステップＳ３８０)。制御部２１４は、画素アレイ１１２への放射線の照射が終了したと判定すると（ステップＳ３４０においてＹＥＳ）、ステップＳ３５０において、読み出し動作を開始する。即ち、放射線の照射が終了したと判定されると（図４には、「照射終了検出」として示されている。）、蓄積動作から読み出し動作に移行する。読み出し動作では、画素アレイ１１２の先頭行の画素から最終行の画素まで順番に信号が読み出される。

図５および図６には、比較例における放射線照射の開始の検出が示されている。図５は、制御部２１４が検出部１０３を使って得ることができる測定値にシステムノイズが含まれる場合の動作が示されている。図６には、制御部２１４が検出部１０３を使って得ることができる測定値にシステムノイズの他に外来ノイズが含まれる場合の動作が示されている。測定値は、放射線検出パネル２１２の検出部１０３から出力される検出信号の値、または、該検出信号を処理して得られる値である。ここで、検出部１０３から出力される検出信号を処理して得られる値は、例えば、制御部２１４が、検出部１０３から出力される検出信号を処理（例えば、増幅、フィルタリング、積分演算、移動平均演算など）して得られる値でありうる。あるいは、検出部１０３から出力される検出信号を処理して得られる値は、不図示の他のユニットが検出部１０３から出力される検出信号を処理して得られる値であってもよい。

放射線撮像装置２１０に放射線が照射されると、バイアス線Ｂｓに電流が流れる。検出部１０３を使って得られる測定値は、バイアス線Ｂｓを流れる電流に相関を有する情報である。制御部２１４は、測定値が閾値を超えると、ステップＳ３２０において、放射線撮像装置２１０に対する放射線の照射が開始されたと判定する。ただし、測定値には、放射線撮像装置２１０に対する放射線の照射がない場合でも、ランダムなノイズが含まれる。このノイズがシステムノイズである。閾値は、例えば、システムノイズの標準偏差をσとしたときに、８σ以上に設定されうる。図５に例示されるように、外来ノイズが存在しない場合には、閾値をシステムノイズの８σ程度に設定すれば、放射線の照射の開始を問題なく検出することができる。

しかしながら、図６に例示されるように外来ノイズが存在する場合には、その外来ノイズによって測定値が閾値を超えてしまい、放射線の照射が開始されていないにも拘わらず、放射線の照射が開始されたと判定されうる。これを誤検出と呼ぶ。誤検出が発生すると、蓄積動作（Ｓ３３０）に移行してしまい、再び初期化動作が開始されるまで放射線画像を撮像できない状態となる。この状態は、例えば、数秒程度になりうる。よって、誤検出が発生する放射線撮像装置は、使い勝手が悪い。一方、閾値を上げると、微弱な放射線を検出することができなくなる。医療の現場において、外来ノイズ原としては、以下のものが代表的であると考えられる。

・放射線撮像装置と電磁波を発生させる機器（例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）等）との接近、
・機器（例えば、放射線源）の電源のＯＮ／ＯＦＦ
・モーター（例えば、手術用の電動ドリル、放射線源の回転陽極のためのモーター）の駆動
・強力な衝撃（例えば、衝突等）
例えば、放射線源の中には、スイッチが押されると、それに応答して放射線管球内の陽極が回転を始めるものがあり、この際に発生する電磁波によって測定値が閾値を超え、誤検出が起こりうる。このようなケースでは、誤検出の直後に放射線の照射が行われるため、正常な撮影が行われない可能性がある。

以下、図７および図８を参照しながら、本発明の第１実施形態の放射線撮像装置２１０における放射線の照射の開始を検出する方法（照射開始検出方法）の原理を説明する。測定値、即ち、検出部１０３から出力される検出信号の値または該検出信号を処理して得られる値には、次のような特徴がある。

・放射線撮像装置に放射線が照射されたときに、測定値は、基準値に対して正の範囲および負の範囲のうちの一方の範囲において基準値との差分が大きくなるように変化する。

・外来ノイズが加わったときに、測定値は、基準値に対して正の範囲および負の範囲の双方で変化する。

・基準値に対して正の範囲における外来ノイズの波形と基準値に対して負の範囲における外来ノイズの波形とはほぼ対称である。

ここで、基準値は、例えば０（ゼロ）である。また、システムノイズの平均値は、通常は０（ゼロ）である。図７および図８に示された例では、放射線撮像装置に放射線が照射されたときに、測定値は、基準値（０）に対して正の範囲において基準値との差分が大きくなるように変化する。これとは、逆に、放射線撮像装置に放射線が照射されたときに、測定値が基準値（０）に対して負の範囲において基準値との差分が大きくなるように検出部１０３または制御部２１４が構成されてもよい。

そこで、放射線の照射を受けたときに基準値に対して正の範囲および負の範囲のうちの一方において基準値に対する測定値の差分が大きくなる構成において、制御部２１４は、正の範囲および負の範囲のうちの他方における測定値に応じて閾値を変更する。例えば、放射線の照射を受けたときに基準値に対して正の範囲において測定値と基準値との差分が大きくなる構成において、制御部２１４は、負の範囲における測定値に応じて閾値を変更する。また、放射線の照射を受けたときに基準値に対して負の範囲において測定値と基準値との差分が大きくなる構成において、制御部２１４は、正の範囲における測定値に応じて閾値を変更する。

ここで、「一方の範囲」を「監視範囲」、「他方の範囲」を「ノイズ評価範囲」と呼ぶことにする。制御部２１４は、ノイズ評価範囲における測定値に基づいて閾値を変更しながら、監視範囲における測定値が該閾値を越えた場合に、放射線が照射されたと判定する。図７および図８に示された例は、測定値が正の値を示す範囲が監視範囲であり、測定値が負の値を示す範囲がノイズ評価範囲である。

一例において、制御部２１４は、ノイズ評価範囲における測定値の包絡線に基づいて測定値に含まれるノイズレベルを推定し、このノイズレベルに従って閾値を変更する。このような方式によれば、図７に例示されるように外来ノイズが加わることによって測定値が多くなっても、それに応じて閾値が大きくなるので、誤検出が発生しない。また、外来ノイズが加わらない場合には、図８に例示されるように、制御部２１４は、閾値を変更しない。したがって、外来ノイズが加わる場合も、外来ノイズが加わらない場合も、誤検出を防止しつつ、放射線の照射が開始されたことを正確に検出することができる。

以下、図９を参照しながら制御部２１４による閾値の変更の例を説明する。この例では、制御部２１４は、ノイズ評価範囲における測定値の最大値（包絡線）に基づいて測定値に含まれるノイズレベルを推定（決定）し、このノイズレベルに従って閾値を変更する。ここでは、ノイズレベルを推定する方法について、３つの例を説明する。

ノイズレベルを推定する第１の方法では、ノイズ評価範囲（図９では、測定値が負の範囲）における複数の測定値の振幅値（絶対値）の最大値を用いる。時刻ｔにおけるノイズ評価範囲内の測定値をＶ（ｔ）、最大値を計算する区間をｎとしたとき、時刻ｔにおけるノイズレベルＡ（ｔ）は、（１）式で表される。

Ａ（ｔ）＝ｍａｘ｛−Ｖ（ｔ），−Ｖ（ｔ−１），・・・，−Ｖ（ｔ−ｎ−１）｝
・・・（１）
ノイズレベルを推定する第２の方法では、時刻ｔにおけるノイズ評価範囲内の測定値をＶ（ｔ）、過去のノイズレベルをＡ（ｔ−１）、一定値をα（α＜１）としたとき、時刻ｔにおけるノイズレベルＡ（ｔ）は、（２）式で表される。

Ａ（ｔ）＝ｍａｘ｛−Ｖ（ｔ），Ａ（ｔ−１）＊α｝
・・・（２）
ノイズレベルを推定する第３の方法では、時刻ｔにおけるノイズ評価範囲内の測定値をＶ（ｔ）、過去のノイズレベルをＡ（ｔ−１）、一定値をβ（β＞０）としたとき、時刻ｔにおけるノイズレベルＡ（ｔ）は、（３）式で表される。

Ａ（ｔ）＝ｍａｘ｛−Ｖ（ｔ），Ａ（ｔ−１）−β｝
・・・（３）
ノイズレベルを推定（決定）する方法は、上記の第１、第２および第３の方法に限定されず、他の方法が採用されてもよい。

次に、制御部２１４が時刻ｔにおけるノイズレベルＡ（ｔ）に基づいて時刻ｔ＋Δｔにおける閾値Ｔ’（ｔ＋Δｔ）を決定する方法の例を説明する。ノイズレベルには、外来ノイズとシステムノイズとが含まれている。よって、外来ノイズレベルをＡｅ（ｔ）、システムノイズレベルをＡｉ（ｔ）としたとき、ノイズレベルＡ（ｔ）は、（４）式で表される。

Ａ（ｔ）＝Ａｅ（ｔ）＋Ａｉ（ｔ）
・・・（４）
システムノイズの標準偏差をσとしたとき、システムノイズレベルＡｉ（ｔ）は、３〜４σ程度でありうる。この値は時間によらず一定である。すなわち、Ａ（ｔ）からＡｉ（ｔ）＝３σ〜４σを減じた値を外来ノイズレベルＡｅ（ｔ）と考えることができる。ただし、この例では、外来ノイズレベルが負値になることはない。すなわち、外来ノイズレベルは、（５）式で表される。

Ａｅ（ｔ）＝ｍａｘ｛Ａ（ｔ）−Ａｉ，０｝
・・・（５）
時刻ｔ＋Δｔにおける閾値Ｔ’（ｔ）は、システムノイズや外来ノイズによる誤検出が発生しない値に設定される必要がある。閾値Ｔ’（ｔ＋Δｔ）は、外来ノイズがないときの閾値をＴとしたとき、（６）式を満たすことが望ましい。

Ｔ’（ｔ＋Δｔ）＝ｋ＊Ａｅ（ｔ）＋Ｔ
・・・（６）
ここで、ｋは安全率である。安全率ｋを大きくすると、誤検出耐性が向上する反面、外来ノイズが加わったときに検出能力が低下しやすくなる。したがって、安全率ｋを調整可能にすることが望ましい。すなわち、外来ノイズレベルに安全率ｋを乗じた値と、予め定められた閾値Ｔとの和を新たな閾値をする構成とすることが望ましい。以上のようにして閾値Ｔ’（ｔ＋Δｔ）を設定することで、外来ノイズによる誤検出を防ぎつつ、放射線の照射の開始を正確に検出することができる。

閾値Ｔ’（ｔ＋Δｔ）を決定するための方法は、式（６）を従う方法には限定されない。例えば、閾値Ｔ’（ｔ＋Δｔ）としてノイズレベルＡ（ｔ）そのものを用いてもよい。閾値Ｔ’（ｔ＋Δｔ）に対して上限や下限を設けてもよい。即ち、制御部２１４は、予め定められた範囲の中で閾値を変更するように構成されてもよい。

以下、本発明の第１実施形態の変形例として、本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下で言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。

図１０には、放射線の照射を検出する検出部１０３および制御部２１４の動作が例示されている。図１０において、Ｖｇ（Ｙｓ−２）、Ｖｇ（Ｙｓ−１）、Ｖｇ（Ｙｓ）、Ｖｇ（Ｙｓ＋１）は、画素アレイ１１２の第（Ｙｓ−２）行から第（Ｙｓ＋１）のゲート線Ｇに供給される駆動信号を示している。

放射線撮像装置２１０は、バイアス線Ｂｓに流れる電流に関して、以下のような特徴を有しうる。
（１）放射線の照射中は、画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷの導通・非導通に関わらず、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Ｂｓに流れる。この電流は、図１０に「第１信号」として示されている。
（２）放射線が照射された画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷを導通すると、スイッチ素子ＳＷを導通するまでに当該画素ＰＩＸの変換素子Ｃに蓄積された電荷量に比例した電流がバイアス線Ｂｓに流れる。この電流は、図１０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ＳＷの導通・非導通を切り替えると、バイアス線Ｂｓ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２１０に衝撃や磁界を加えると、バイアス線Ｂｓ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１０に「外来ノイズ」として示されている。
（５）放射線撮像装置２１０に磁界や衝撃を加えなくても、放射線撮像装置２１０自体が発生する電磁波や検出部１０３の内部雑音などにより、バイアス線Ｂｓ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。

放射線の照射、より具体的には放射線の照射の開始を検出するためには、測定値として、検出部１０３から出力される検出信号の値をそのまま用いてもよい。しかしながら、衝撃や磁界の影響などによる外来ノイズを無視できない場合は、検出部１０３から出力される検出信号を処理した値を測定値として用いることが望ましい。

図１０に示されているように、画素ＰＩＸの画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷを導通状態にした時にバイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流に相関を有する検出部１０３からの検出信号をサンプリングし、これをＳとする。また、スイッチ素子ＳＷを非導通状態にした時にバイアス線Ｂｓに流れるバイアス電流に相関を有する検出部１０３からの検出信号をサンプリングし、これをＮとする。ＳとＮとの差分を取ることによって外来ノイズを除去することができる。ただし、外来ノイズは時間経過に伴い変動するため、互いに近い時刻にサンプリングしたＳとＮを用いることが望ましい。すなわち、ｙ回目にサンプリングしたＳをＳ（ｙ）、ｙ回目にサンプリングしたＮをＮ（ｙ）、外来ノイズを除去したサンプル値（放射線情報）をＸ（ｙ）とすると、（７）式のような演算によってＸ（ｙ）が求められうる。（７）式は、スイッチ素子ＳＷが導通状態であるときの検出部１０３からの検出信号とスイッチ素子ＳＷが非導通状態であるときの検出部１０３からの検出信号との差分の演算を意味する。

Ｘ（ｙ）＝Ｓ（ｙ）−｛Ｎ（ｙ）＋Ｎ（ｙ−１）｝／２
・・・（７）
以上のようにして外来ノイズを低減する方法をＣＤＳ（相関二重サンプリング）処理と呼ぶ。ＣＤＳ処理は、ノイズ低減処理の一例である。ＣＤＳ処理のための演算は、（７）式の演算方法に限定されるものではない。例えば、Ｘ（ｙ）の演算のためにＮ（ｙ）又はＮ（ｙ−１）のどちらか一方を用いてもよいし、Ｓ（ｙ−１）やＮ（ｙ−２）等の隣接しないサンプル値を用いてもよい。また、ｙ回目のサンプリングしたＳ（ｙ）として、当該期間に複数回サンプリングをしたものを加算したものを用いてもよい。

図１１に例示されるように、スイッチ素子ＳＷの導通・非導通を切り替える際に生じるスイッチングノイズが無視できない場合がある。このような場合、スイッチングノイズが低減されるように、バイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流に相関を有する検出部１０３からの検出信号を処理することが望ましい。スイッチングノイズを低減する処理としては、例えば、検出部１０３からの検出信号の値から、事前にサンプリングしたスイッチングノイズの値を減算する処理を挙げることができる。

ここで、スイッチングノイズの大きさは行ごとに異なりうるが、同じ行のスイッチングノイズの大きさは再現性が高いことが確認されている。そこで、図１１に示すように、現在のバイアス電流の値から同じ行の１フレーム前のバイアス電流の値を減算することで、スイッチングノイズを低減することが有効である。画素アレイ１１２の行数がＹである場合、１フレーム前のＳはＳ（ｙ−Ｙ）、１フレーム前のＮはＮ（ｙ−Ｙ）である。したがって、（８）式のような演算によってＸ（ｙ）が求められうる。

Ｘ（ｙ）＝［Ｓ（ｙ）−｛Ｎ（ｙ）＋Ｎ（ｙ−１）｝／２］
−［Ｓ（ｙ−Ｙ）−｛Ｎ（ｙ−Ｙ）＋Ｎ（ｙ−１−Ｙ）｝／２］
・・・（８）
（８）式の第１項は、ｙ行について、スイッチ素子ＳＷが導通状態であるときの検出部１０３の検出信号とスイッチ素子ＳＷが非導通状態であるときの検出部１０３の検出信号との差分を演算することを意味する。（８）式の第２項は、１フレーム前のｙ行について、スイッチ素子ＳＷが導通状態であるときの検出部１０３の検出信号とスイッチ素子ＳＷが非導通状態であるときの検出部１０３の検出信号との差分を演算することを意味する。（８）式の全体は、同一の行についての最新の前記差分とそれよりも前の前記差分との差分を求めることを意味する。

以上のようにしてスイッチングノイズを低減する方法は、フレーム補正と呼ばれうる。フレーム補正の演算は、（８）式の演算方法に限定されるものではない。例えば、ｋフレーム前のＳ及びＮを用いてもよい（ｋ＞１）。Ｓだけ又はＮだけを用いて演算を行ってもよい。なお、ＣＤＳが不要な場合には、ＣＤＳをすることなくフレーム補正をすればよい。

このような信号処理によってノイズが除去されたＸ（ｙ）を前述のＶ（ｔ）の代わりに用いる他は第１実施形態と同様の方法で、放射線の照射の開始を検出することができる。

以下、本発明の第１実施形態の変形例として、本発明の第３実施形態を説明する。なお、以下で言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。図１２には、第３実施形態における放射線の照射の開始を検出する処理が示されている。図１２に示された処理は、図４のステップＳ３２０における処理に適用されうる。

制御部２１４は、検出部１０３からの検出信号の値を積分した積分値に基づいて放射線の照射の開始を検出する。例えば、制御部２１４は、検出部１０３からの検出信号または該検出信号を第２実施形態に従って処理したＸ（ｙ）をＸ［ｎ］として、Ｘ［ｎ］を積分した積分値に基づいて放射線の照射の開始を検出することができる。ここでは、Ｘ［ｎ］はｎ個前にサンプルされた検出部１０３からの検出信号を示す。すなわち、Ｘ［０］が最新の検出信号であり、ｎが大きいほど過去に取得した検出信号であることを意味する。

ステップＳ７１０では、制御部２１４は、積分値であるＳｕｍと、検出信号のインデックスであるｎと、積分区間の識別番号であるｍ（ｍは自然数）に対して初期値を与える。初期値はＳｕｍ＝０、ｎ＝０、ｍ＝１である。これを積分器のリセットと呼ぶ。

次に、ステップＳ７２０では、制御部２１４は、積分値Ｓｕｍとｎ個前にサンプルした放射線情報Ｘ［ｎ］とを加算した値を新たな積分値Ｓｕｍとする。すなわち、Ｓｕｍ＝Ｓｕｍ＋Ｘ［ｎ］とする。

次に、ステップＳ７３０では、制御部２１４は、ｎ＝ｎ＋１を実行する。次に、ステップＳ７４０では、制御部２１４は、区間判定を行う。ステップＳ７４０の区間判定において、ｎが予め指定した第ｍ積分区間Ｗ［ｍ］を超えない場合（ＮＯ）は、ステップＳ７２０に戻って積分（累積加算）を続ける。一方、ｎがＷ［ｍ］を超える場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ７５０に進む。

ステップＳ７５０では、制御部２１４は、積分値Ｓｕｍを前述の測定値Ｖ（ｔ）の代わりに用いて、積分区間ｍにおける外来ノイズレベルＡｅ［ｍ］（ｔ）を計算する。次に、ステップＳ７６０では、制御部２１４は、（９）式に従って、積分区間ｍにおける変更後の閾値（補正閾値）Ｔ’［ｍ］を計算する。ここで、閾値Ｔ［ｍ］は、変更前の閾値であり、ｋ［ｍ］は、積分区間ｍにおける安全率である。ｋ［ｍ］は、積分区間ごとに定められてもよいし、一定の値でもよい。

Ｔ’［ｍ］（ｔ）＝ｋ［ｍ］＊Ａｅ［ｍ］（ｔ）＋Ｔ［ｍ］
・・・（９）
ステップＳ７５０、Ｓ７６０において、制御部２１４は、各積分区間に対して設定された閾値Ｔ［ｍ］またはＴ’［ｍ］を、当該積分区間で積分された積分値Ｓｕｍのノイズ評価範囲における値に応じて変更する。

ステップＳ７７０の照射開始判定において、積分値Ｓｕｍが予め定められている第ｍ積分区間の補正閾値Ｔ’［ｍ］を超える場合（ＹＥＳ）は、制御部２１４は、放射線の照射が開始されたものと判定する。つまり、制御部２１４は、積分値Ｓｕｍと第ｍ積分区間の補正閾値Ｔ’［ｍ］との比較によって放射線の照射の開始を検知する。これにより、図３のステップＳ３２０の判定はＹＥＳとなる。一方、積分値Ｓｕｍが第ｍ積分区間の補正閾値Ｔ’［ｍ］を超えない場合（ＮＯ）は、制御部２１４は、ステップＳ７８０においてｍ＝ｍ＋１を実行し、ステップＳ７９０において終了判定を行う。

ステップＳ７７０において、制御部２１４は、検出部１０３の検出信号を複数の積分区間でそれぞれ積分した複数の積分値のいずれかが監視範囲において、対応する積分区間に対して設定された閾値を超えた場合に、放射線が照射されたと判定する。

ステップＳ７９０の終了判定においてｍが積分区間の数Ｍを超えていない場合（ＮＯ）は、制御部２１４は、ステップＳ７２０に戻って積分（累積加算）を続ける。一方、ステップＳ７９０の終了判定においてｍが積分区間の数Ｍを超えている場合（ＮＯ）は、制御部２１４は、放射線が照射されていないと判定する。これにより、図３のステップ３２０の判定はＮＯとなる。

本発明の上記の実施形態における制御部２１４等のユニットは、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もできる。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。

２１２：放射線検出パネル、１０３：検出部、１２１：差動増幅器、１２３：Ａ／Ｄ変換器、１１２：画素アレイ、Ｂｓ：バイアス線、ＰＩＸ：画素、１１３：読出部、１１４：駆動回路

Claims (16)

1. 放射線画像を撮像するために複数の画素を有する画素アレイと、放射線の照射を検出するための検出部と、制御部とを備える放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、前記検出部を使って得られる、基準値に対する変化分である測定値と、前記基準値に対して正および負のうちの一方における閾値と、の比較に基づく放射線の照射の開始の判定に応じて、前記画素アレイによる放射線画像の撮像動作を制御し、
   前記制御部は、前記正および前記負のうちの他方における前記測定値のみに応じて前記閾値を変更する、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 放射線画像を撮像するために複数の画素を有する画素アレイと、放射線の照射を検出するための検出部と、制御部とを備える放射線撮像装置であって、
   前記制御部は、前記検出部を使って得られる、基準値に対する変化分である測定値と、前記基準値に対して正および負のうちの一方における閾値と、の比較に基づく放射線の照射の開始の判定に応じて、前記画素アレイによる放射線画像の撮像動作を制御し、
   前記制御部は、前記一方における前記測定値を除く測定値に応じて前記閾値を変更する、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
3. 前記検出部は、放射線の照射に対して感度を有する信号と所定値との差分を差動増幅する差動増幅器を含み、前記制御部は、前記差動増幅器から出力される信号に基づいて前記測定値を得る、
   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。
4. 放射線の照射に対して感度を有する前記信号は、前記画素アレイに配された導電線に現れる信号である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記導電線は、前記複数の画素に全部または一部に対してバイアス電位を与えるバイアス線を含み、
   放射線の照射に対して感度を有する前記信号は、前記バイアス線に現れる信号である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記検出部は、放射線を電気信号に変換するセンサを含む、
   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。
7. 前記制御部は、所定の期間および前記他方における前記測定値の振幅値の最大値に基づいて前記閾値を変更する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記制御部は、前記他方における前記測定値に応じて前記測定値に含まれるノイズレベルを決定し、前記ノイズレベルに応じて前記閾値を変更する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記制御部は、最新の前記測定値、および、過去の前記ノイズレベルに基づいて最新の前記ノイズレベルを決定する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記制御部は、前記他方における前記測定値に応じて前記測定値に含まれる外来ノイズレベルを決定し、前記外来ノイズレベルに応じて前記閾値を変更する、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記制御部は、予め定められた範囲の中で前記閾値を変更する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記測定値は、前記検出部から出力された信号に対してノイズ低減処理を実行した後の信号の値である、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記制御部は、前記検出部から出力された検出信号または前記検出信号を処理して得られる信号を複数の積分区間でそれぞれ積分した複数の積分値のいずれかが、前記一方において、対応する積分区間に対して設定された閾値を超えた場合に、放射線が照射されたと判定し、
    前記制御部は、各積分区間に対して設定された閾値を、当該積分区間で積分された積分値の前記他方の範囲における値に応じて変更する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
14. 放射線撮像システムであって、
    放射線源と、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
15. 放射線画像を撮像するために複数の変換素子を有する画素アレイと、放射線の照射を検出するための検出部とを備える放射線撮像装置において放射線の照射の開始を検出する照射開始検出方法であって、
    前記検出部を使って得られる、基準値に対する変化分である測定値と、前記基準値に対して正および負のうちの一方における閾値と、の比較に基づいて、放射線の照射の開始を判定する工程と、
    前記正および前記負のうちの他方における前記測定値にのみ応じて前記閾値を変更する工程と、
    を含むことを特徴とする照射開始検出方法。
16. 放射線画像を撮像するために複数の変換素子を有する画素アレイと、放射線の照射を検出するための検出部とを備える放射線撮像装置において放射線の照射の開始を検出する照射開始検出方法であって、
    前記検出部を使って得られる、基準値に対する変化分である測定値と、前記基準値に対して正および負のうちの一方における閾値と、の比較に基づいて、放射線の照射の開始を判定する工程と、
    前記一方における前記測定値を除く測定値に応じて前記閾値を変更する工程と、
    を含むことを特徴とする照射開始検出方法。

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