JP6393132B2 - 放射線撮像装置およびその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置およびその調整方法に関する。

Ｘ線等の放射線の画像を撮像する放射線撮像装置として、放射線が照射されたことを検出することによって撮像動作を行うものがある。特許文献１には、二次元的に配列された放射線検出素子にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を流れる電流を電流検出手段によって検出することによって放射線の照射の開始および終了を検出する放射線画像撮影装置が記載されている。

特開２０１０−２６８１７１号公報

放射線が照射されたことを検出する性能（以下、検出性能）は、放射線撮像装置の製造ばらつきによって異なりうるので、放射線撮像装置の出荷前または出荷後に検出性能を調整すべきである。ところが、放射線撮像装置に放射線を照射する環境を一定にすることは困難であるので、従来は、複数の放射線撮像装置の検出性能を調整作業において均一化することは困難であった。

本発明は、放射線の照射を検出する検出性能を均一化するため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、放射線撮像装置に係り、該放射線撮像装置は、放射線による画像を撮像するための複数の画素が配列された画素アレイと、放射線の照射に応じた検出値を出力する検出部と、前記画素アレイから出力される信号または該信号を処理した処理結果と前記検出値との関係が所定の関係になるように前記検出部の特性を調整する調整部と、前記検出値が閾値を超えたことに応じて、放射線が照射されたことを検出する制御部と、を備える。

本発明によれば、放射線の照射を検出する検出性能を均一化するため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。 放射線撮像システムを構成する放射線撮像装置の具体的な構成例を示す図。 放射線撮像システムあるいは放射線撮像装置の動作を概略的に示す図。 放射線撮像システムあるいは放射線撮像装置の動作を概略的に示す図。 放射線の照射の開始が検出されたタイミングの前後における放射線撮像システムあるいは放射線撮像装置の動作を示す図。 本発明の基本原理を説明するための図。 調整部による調整処理（キャリブレーション）を示す図。 放射線撮像装置における通常の撮像動作を示す図。 放射線撮像装置における信号変換係数の測定時の動作を示す図。 リセットに起因した発生するアーチファクトを例示する図。 信号変換係数の調整方法の一例を説明するための図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の放射線撮像システムをその実施形態を通して例示的に説明する。

図１には、本発明の１つの実施形態の放射線撮像システム１０の構成が示されている。放射線撮像システム１０は、例えば、放射線撮像装置１００、制御装置２００、放射線発生装置３１０および曝射制御装置３２０を含みうる。制御装置２００の構成の全部または一部は、放射線撮像装置１００に組み込まれてもよい。放射線撮像装置１００の構成の全部または一部と制御装置２００の構成の全部または一部とによって構成される装置を放射線撮像装置として理解することもできる。また、放射線撮像装置１００の構成の一部（例えば、調整部１８７）は、制御装置２００に組み込まれてもよい。制御装置２００および曝射制御装置３２０は、１つの装置として実現されてもよい。

放射線撮像装置１００は、画素アレイ１１０、駆動部１２０、読出部１３０、増幅部（インピーダンス変換部）１４０、ＤＡ変換器１５０、無線インターフェース（Ｉ／Ｆ）１６０、制御部１７０、検出部１８０、調整部１８７、バイアス電源１９０を含みうる。画素アレイ１１０には、放射線を検出うる複数の画素が配列されている。駆動部１２０は、画素アレイ１１０の複数の画素を駆動する。読出部１３０は、画素アレイ１１０の複数の画素から信号を読み出す。

ＤＡ変換器１５０は、増幅部１４０から出力される信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。無線Ｉ／Ｆ１６０は、制御装置２００（の無線Ｉ／Ｆ２２０）と通信する。無線Ｉ／Ｆ１６０は、例えば、ＤＡ変換器１５０から提供される信号、曝射停止指令（露出制御情報）、放射線撮像装置１００の状態を示す信号などを制御装置２００に送信する。ここで、曝射停止指令（露出制御情報）は、放射線発生装置３１０による放射線の放射を停止させる指令あるいは情報である。制御部１７０は、画素アレイ１１０、駆動部１２０、読出部１３０、増幅部１４０、ＤＡ変換器１５０、無線Ｉ／Ｆ１６０、検出部１８０、調整部１８７、バイアス電源１９０を制御する。そのために、制御部１７０は、制御信号（Ｄ−ＣＬＫ、ＤＩＯ、ＸＯＥ、ＲＣ、ＳＨ、ＣＬＫ）を発生する。

バイアス電源１９０は、バイアス線Ｂｓ（電源線）を介して画素アレイ１１０にバイアス電圧を供給する。検出部１８０は、放射線撮像装置１００に対する放射線の照射に応じた検出値を出力する回路、即ち、放射線の照射を検出するための回路である。より具体的には、検出部１８０は、放射線の照射を監視する期間において、バイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流に応じた検出値を出力する。検出部１８０は、放射線の照射に応じた電気信号を出力するセンサ１８２と、センサ１８２から出力される電気信号を処理して検出値を発生する処理部１８４とを含む。

調整部１８７は、画素アレイ１１０から出力される信号または該信号を処理した処理結果と、検出部１８０から出力される検出値との関係が所定の関係になるように検出部１８０の特性を調整する。読出部１３０によって読み出された信号を処理した処理結果は、例えば、画素アレイ１１０から読出部１３０によって読み出され信号を調整部１８７、制御部１７０、または、制御装置２００の処理部２１０が処理した処理結果でありうる。調整部１８７による調整は、典型的には、放射線撮像装置１００の出荷前、または、放射線撮像装置１００のメンテナンス時になされうる。

制御部１７０は、処理部１８４から出力される検出値が閾値を超えたことに応じて、放射線が照射されたことを検出する。制御部１７０は、放射線が照射されたことが検出されるまでは画素アレイ１１０の画素を行単位でリセットするリセット動作を繰り返すように駆動部１２０を制御する。制御部１７０は、放射線が照射されたことが検出されると、リセット動作を停止させるように駆動部１２０を制御する。これにより、画素アレイ１１０では、照射された放射線に応じた電荷の蓄積が開始される。制御部１７０は、放射線の照射の検出から所定時間が経過したこと、または、処理部１８４から出力される検出値に基づいて、放射線の照射の終了を判定し、画素アレイ１１０から信号（画像）が読み出されるように駆動部１２０および読出部１３０を制御する。

制御装置２００は、例えば、処理部２１０、無線Ｉ／Ｆ２２０、表示部２３０、入力部２４０（キーボード、ポインティングデバイスなど）を含みうる。制御装置２００は、汎用コンピュータにソフトウエア（コンピュータプログラム）を組み込むことによって構成されうる。処理部２１０は、例えば、読出部１３０によって読み出された画素アレイ１１０の複数の画素の信号（つまり、画像信号）を処理する。

曝射制御装置３２０は、曝射スイッチ（不図示）を含み、曝射スイッチがオンされることに応じて曝射指令を放射線発生装置３１０に送信する。放射線発生装置３１０は、曝射指令に従って放射線を放射する。

図２には、放射線撮像装置１００の具体的な構成例が示されている。画素アレイ１１０には、複数の画素Ｐが複数の行および複数の列を構成するように２次元的に配列されている。画素Ｐは、変換素子ＣＶと、スイッチＴＴとを含む。変換素子ＣＶは、放射線を電荷に変換する。変換素子ＣＶは、放射線を可視光に変換するシンチレータと、可視光を電荷に変換する光電変換素子とで構成されうる。この場合、シンチレータは、複数の変換素子ＣＶによって共有されうる。変換素子ＣＶは、放射線を直接に電荷に変換するように構成されてもよい。変換素子ＣＶは、ＭＩＳ型またはＰＩＮ型の光電変換素子で構成されうる。スイッチＴＴは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成されうる。スイッチＴＴは、駆動信号Ｇ（駆動信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・Ｇｍのうち該当するもの）に応じて変換素子ＣＶの第１電極と信号線ＳＬとを接続する。変換素子ＣＶの第２電極は、バイアス線Ｂｓに接続される。ここで、第ｎ行の画素Ｐ（のスイッチＴＴ）を駆動する駆動信号をＧｎ（ｎ＝１〜ｍ）と記載する。

第ｎ行の駆動信号Ｇｎが駆動部１２０によってアクティブレベルに駆動されると、第ｎ行の画素ＰのスイッチＴＴがオン（導通）し、当該画素Ｐの変換素子ＣＶに蓄積されていた電荷がスイッチＴＴを通して信号線ＳＬに転送される。つまり、第ｎ行の駆動信号Ｇｎが駆動部１２０によってアクティブレベルに駆動されると、第ｎ行の画素Ｐの信号が信号線ＳＬに出力される。なお、この実施形態は、アクティブレベルはハイレベルであるが、アクティブレベルをローレベルとしてもよい。

読出部１３０は、信号線ＳＬを介して画素Ｐから信号を読み出す。読出部１３０は、画素アレイ１１０における列ごとに、積分増幅器１３１、可変増幅器１３２、サンプルホールド回路１３３、バッファアンプ１３４を有する。信号線ＳＬに出力された信号は、積分増幅器１３１および可変増幅器１３２によって増幅され、サンプルホールド回路１３３によってサンプルホールドされ、バッファアンプ１３４によって増幅される。読出部１３０は、マルチプレクサ１３５を有し、列ごとに設けられたバッファアンプ１３４から出力された信号は、マルチプレクサ１３５によって選択されて増幅部１４０に出力される。

積分増幅器１３１は、演算増幅器と、積分容量と、リセットスイッチと、を有する。演算増幅器１０５の反転入力端子には、信号線ＳＬに出力された信号が入力され、非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、出力端子から増幅された信号が出力される。積分容量は、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に配置される。可変増幅器１３２は、積分増幅器１３１から出力された信号を制御部１７０によって指定される増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１３３は、サンプリングスイッチと、サンプリング容量とで構成されうる。

積分増幅器１３１のリセットスイッチは、制御信号ＲＣによってオン（導通）・オフ（非導通）が制御される。サンプルホールド回路１３３のサンプリングスイッチは、制御信号ＳＨによってオン・オフが制御される。マルチプレクサ１３５は、画素アレイ１１０から複数の信号線ＳＬを通して読み出された信号を制御信号ＣＬＫに従って選択する。

バイアス電源１９０は、バイアス線Ｂｓを介して画素アレイ１１０の各画素Ｐの変換素子ＣＶの第２電極にバイアス電圧を供給する。検出部１８０は、放射線の照射を監視する期間において、バイアス線Ｂｓを通してバイアス電源１９０と画素アレイ１１０を構成する画素Ｐの第２電極との間を流れるバイアス電流を検出する。具体的には、放射線の照射を監視する期間において、検出部１８０は、バイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流に応じた検出値を出力する。

センサ１８２は、例えば、電流電圧変換回路と、該電流電圧変換回路の出力電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路で構成されうる。電流電圧変換回路は、例えば、オペアンプとトランスインピーダンスとを含むトランスインピーダンスアンプで、又は、シャント抵抗で構成されうるが、この例に限定されるものではない。

駆動部１２０は、制御部１７０から供給される制御信号（Ｄ−ＣＬＫ、ＤＩＯ、ＸＯＥ）に応じて、画素アレイ１１０の画素ＰのスイッチＴＴを行単位に制御する駆動信号Ｇを発生する。駆動部１２０は、シフトレジスタを含み、制御信号Ｄ−ＣＬＫは、シフトレジスタにシフトクロックとして供給されるクロック信号である。制御信号ＤＩＯは、シフトレジスタに供給されるシフトパルスであり、制御信号ＸＯＥは、シフトレジスタの出力イネーブル信号である。

図３および図４には、放射線撮像システム１０あるいは放射線撮像装置１００の動作が概略的に示されている。ステップＳ３１０において放射線撮像装置１００が起動されると、放射線撮像装置１００が待機状態となる。待機状態では、画素アレイ１１０の複数の画素Ｐが、行単位で、所定順序でリセットされる（ステップＳ３１４）。この例では、第１行から第ｍ行まで、行の番号の順に、複数の画素Ｐが行単位でリセットされ、その後、第１行に戻って同様の処理が繰り返される。

ステップＳ３１２では、制御部１７０は、検出部１８０から出力される検出値に基づいて、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１７０は、検出値が所定の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、ステップＳ３１６に進む（これは、画素Ｐのリセットを停止することを意味する）。一方、検出値が所定の閾値を超えるまでは、ステップＳ３１４において、画素Ｐのリセットが切り替えされる。つまり、ステップＳ３１２、Ｓ３１４では、放射線の照射が開始されたかどうかを監視しながら、放射線が照射されたと判定されるまで、画素アレイ１１０の画素Ｐを行単位でリセットする。ステップＳ３１２において放射線の照射が開始されたと判定されるまでの期間は、図４における「リセット」の期間である。

ステップＳ３１６では、制御部１７０は、放射線の照射の終了を判定し、放射線の照射が終了したと判定した場合には、ステップＳ３２０に進む。一方、放射線の照射が終了したと判定されるまでは、制御部１７０は、ステップＳ３１８において、照射された放射線に応じた電荷の蓄積を続けるように駆動部１２０を制御する。ここで、放射線が照射されたことの検出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と判定してもよいし、検出値が基準値を下回ったことによって放射線の照射が終了したと判定してもよい。あるいは、他の方法によって放射線の照射が終了したと判定してもよい。ステップＳ３２０では、制御部１７０は、画素アレイ１１０から信号を読み出すように読出部１３０を制御する。

ステップＳ３１６において放射線の照射が終了したと判定されるまでの期間は、図４における「蓄積」の期間である。また、ステップＳ３１６において放射線の照射が終了したと判定された後の期間は、図４における「読出部からの信号の読出」の期間である。

図５には、図４の一部（放射線の照射の開始が検出されたタイミングの前後）が詳細に記載されている。この例では、第１Ｇｎ行のリセットが終了した直後に、放射線の照射が開始されたと判定されている。図５において、「バイアス電流」は、センサ１８２によって検出される信号、即ち、バイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流である。バイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流は、３つの成分（第１、第２、第３成分）を含みうる。第１成分は、変換素子ＣＶに蓄積された電荷に比例した成分であり、これは照射された放射線の量を示す情報を含む。図５では、第１成分は、「放射線成分」として記載されている。第２成分は、外来ノイズと呼ばれる成分である。外来ノイズは、例えば、商用電源から生じた電磁界などによって発生する５０〜６０Ｈｚ程度の成分や、筺体に圧力や衝撃が加わった場合に発生する数Ｈｚ〜数ｋＨｚの成分である。外来ノイズは、スイッチＴＴのオン（導通）・オフ（非導通）とは無関係に発生する。図５では、第２成分は、「外来ノイズ成分」として記載されている。第３成分は、画素ＰのスイッチＴＴのオン・オフの切り替えによって発生するスイッチングノイズである。図５では、第３成分は記載されていない。

図５において、「サンプリング」は、処理部１８４によるセンサ１８２の出力のサンプリングを示している。放射線の照射の開始を判定するための情報として、処理部１８４によってサンプリングされたセンサ１８２の出力（サンプル値）そのものを用いてもよい。しかし、外来ノイズ成分を無視できない場合には、外来ノイズ成分を除去することが望ましい。

処理部１８４は、外来ノイズ成分を除去するための演算を行って検出値を発生する。例えば、処理部１８４は、画素ＰのスイッチＴＴをオンさせた状態におけるセンサ１８２の出力をサンプリングする。そのサンプリング値をＳとする。また、処理部１８４は、画素ＰのスイッチＴＴをオフさせた状態におけるセンサ１８２の出力をサンプリングする。そのサンプリング値をＮとする。処理部１８４は、ＳとＮとの差分を演算し、この差分を検出値として出力する。これによって外来ノイズ成分を除去することができる。ただし、外来ノイズ成分は時間経過に伴い変動するため、可能な限り近い時刻においてサンプリングした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）、外来ノイズ成分を除去したサンプル値をＸ（ｙ）とすると、処理部１８４は、以下のような演算を行いうる。

Ｘ（ｙ）＝Ｓ（ｙ）−｛Ｎ（ｙ）＋Ｎ（ｙ−１）｝／２ （１）
以上のようにして外来ノイズ成分を除去する方法は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）と呼ばれうる。ＣＤＳを適用した演算は、（１）式に限定されるものではない。例えば、Ｘ（ｙ）の演算に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、スイッチＴＴのオン・オフによるスイッチングノイズが無視できない場合、スイッチングノイズを除去したサンプリング値に基づいて放射線の照射の開始を判定することが望ましい。例えば、処理部１８４は、事前にスイッチングノイズをサンプリングし、そのスイッチングノイズの値を判定時におけるサンプリング値から減算した値を検出値として出力する。また、スイッチングノイズ量が行ごとに異なる場合において、同じ行のスイッチングノイズ量は再現性が高いことが知られている。そこで、同じ行の１フレーム前におけるサンプリング値を減算することで、スイッチングノイズを除去する方法が考えられる。画素アレイ１１０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。即ち、処理部１８４は、以下のような演算を行いうる
Ｘ（ｙ）＝［Ｓ（ｙ）−｛Ｎ（ｙ）＋Ｎ（ｙ−１）｝／２］
−［Ｓ（ｙ−Ｙ）−｛Ｎ（ｙ−Ｙ）＋Ｎ（ｙ−１−Ｙ）｝／２］ （２）
以上のようにしてスイッチングノイズを除去する方法は、フレーム補正と呼ばれうる。フレーム補正を適用した演算は、（２）式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。

Ｓをサンプリングする方法としては、スイッチＴＴがオンしている期間に複数回にわたってサンプリングを行い、これによって得られる複数のサンプリング値を加算（平均）した結果をＳとする方法が好適である。この方法によれば、高周波のノイズを除去することができる。Ｎのサンプリングも同様に、スイッチＴＴがオフしている期間に複数回にわたってサンプリングを行い、これによって得られる複数のサンプリング値を加算（平均）した結果をＮとすることができる。このような処理は、加算処理と呼ばれうる。

加算処理の適用において、センサ１８２（電流電圧変換回路）の応答速度によっては、スイッチＴＴのオン・オフ状態を切り替えてからバイアス電流が変化するまでの遅延が無視できないことがある。このような場合には、スイッチＴＴをオフ状態からオン状態に切り替えた時刻からＳのサンプリングを開始する時刻までに遅延をもたせることが好適である。また、スイッチＴＴのオフ状態からオン状態に切り替わる遷移時間では、放射線の照射による信号が十分にセンサ１８２の出力に現れない。したがって、このような遷移時間においてはサンプリングを行わないこと、あるいは、このような遷移時間においてサンプリングした値を捨てることが望ましい。Ｎのサンプリングについても同様である。

一例において、処理部１８４は、加算処理、ＣＤＳ、フレーム補正の順に処理を行い、これらの処理が施されたサンプル値の積分値に基づいて放射線の照射の開始を判定するように構成されうる。

図６を参照しながら本発明の基本原理を説明する。放射線が照射されたことを検出する検出性能は、放射線撮像装置１００の製造ばらつきによって異なりうるので、放射線撮像装置１００の出荷前または出荷後に検出性能を調整すべきである。ところが、放射線撮像装置１００に放射線を照射する環境を一定にすることは困難であるので、従来は、複数の放射線撮像装置１００の検出性能を調整作業において均一化することは困難であった。

図６には、放射線の照射後に画素アレイ１１０から読出部１３０によって読み出された信号または該信号を処理した処理結果と、該放射線の照射時に検出部１８０から出力される検出値との関係が模式的に示されている。以下では、放射線の照射後に画素アレイ１１０から読出部１３０によって読み出された信号または該信号を処理した処理結果を画素信号ということにする。画素信号と検出値とは比例関係を有し、該比例関係は、直線の傾き（比例定数）で特定される。この傾きを信号変換係数γと呼ぶことにする。信号変換係数γは、調整部１８７によって検出部１８０の特性を調整することによって変更される。検出部１８０の特性は、例えば、センサ１８２の特性（例えば、センサ１８２がトランスインピーダンスアンプで構成される場合は、該トランスインピーダンスアンプのゲイン）を変更することによって調整されうる。あるいは、検出部１８０の特性は、処理部１８４における処理の内容を変更することによって変更されうる。処理部１８４における処理の内容の変更は、例えば、前述の加算処理、ＣＤＳおよびフレーム補正の全部又は一部の変更でありうる。

信号変換係数γは、放射線の照射条件、被検体の厚さ、放射線発生装置３１０と放射線撮像装置１００との距離、放射線の照射範囲などには依存しない。よって、複数の放射線撮像装置１００の信号変換係数γを許容範囲に収めることは容易である。つまり、信号変換係数γの調整を通して複数の放射線撮像装置１００における放射線の検出性能を均一化することは容易である。

放射線撮像装置１００において、制御部１７０は、検出部１８０から出力される検出値が閾値Ｔを超えたときに放射線が照射されたと判定する。閾値Ｔは、ノイズの影響によって放射線の照射を誤検出しないように設定されうる。閾値Ｔを超える画素信号の最小値は、検出限界Ｓｍｉｎと呼ばれうる。信号変換係数γ、閾値Ｔ、検出限界Ｓｍｉｎの関係は、以下のように与えられる。

Ｓｍｉｎ＝Ｔ／γ （３）
図６において、Ｓａが目標とする検出限界Ｓｍｉｎであり、Ｓｂが現在の検出限界Ｓｍｉｎであるとする。換言すると、γａが目標する信号変換係数γであり、γｂが現在の信号変換係数γである。信号変換係数γは、調整部１８７によってセンサ１８２の特性（例えば、センサ１８２がトランスインピーダンスアンプで構成される場合は、該トランスインピーダンスアンプのゲイン）を変更することによって調整されうる。信号変換係数γは、あるいは、調整部１８７によって処理部１８４における処理の内容を変更すること、例えば、前述の加算処理、ＣＤＳおよびフレーム補正の全部又は一部を変更することによって調整されうる。

図７を参照しながら調整部１８７による調整処理（キャリブレーション）について説明する。まず、ステップＳ７１２（測定工程）では、調整部１８７は、信号変換係数γを測定する。次いで、ステップＳ７１４（判定工程）では、調整部１８７は、ステップＳ７１２で測定した信号変換係数γが目標とする信号変換係数γａの許容範囲であるかどうかを判定する。そして、調整部１８７は、ステップＳ７１２で測定した信号変換係数γが信号変換係数γａの許容範囲である場合には調整処理を終了し、許容範囲でない場合には、ステップＳ７１６（調整工程）に進んで調整を行う。

図８、図９および図１０を参照しながら図７のステップＳ７１２における信号変換係数γの測定について説明する。まず、比較例として、図８を参照しながら放射線撮像装置１００における通常の撮像動作を説明する。図８に示されている動作は、図４に示されている動作と同様であるが、図８では、検出部１８０から出力される検出値が示されている。通常の撮像動作では、放射線の照射が開始されたことを判定するための閾値がＴ１に設定されている。放射線の照射によって検出部１８０から出力される検出値が徐々に大きくなる。制御部１７０は、検出値が閾値Ｔ１を超えた時点で放射線の照射が開始されたと判断してリセット動作を停止させるように駆動部１２０を制御する。これにより、画素アレイ１１０では、照射された放射線に応じた電荷の蓄積が開始される。

次に、図９を参照しながら放射線撮像装置１００における信号変換係数γの測定時の動作を説明する。なお、図８、図９では放射線の照射時間が異なるように見えるが、これは通常の撮像動作時と信号変換係数γの測定時とにおいて放射線の照射時間を異なることを意図したものではなく、図９では駆動信号Ｇｂと放射線の照射時間との関係を明示するためである。

信号変換係数γの測定時は、閾値Ｔ１が閾値（調整用閾値）Ｔ２に変更される。Ｔ２は、Ｔ１より大きい値であり、Ｔ２は、例えば、Ｔ１の１０〜２０倍程度の値に設定されうる。Ｔ閾値Ｔ１をそれより大きいＴ２に変更することは、放射線の照射が開始されたと判定されるタイミングを遅くすることを意味する。図９に示された例では、駆動信号Ｇｂがアクティブレベルに駆動され、それに対応する行の画素Ｐがリセットされた時点で放射線の照射が停止している。また、検出部１８０から出力される検出値は、放射線の実際の照射に対して遅れて変化するので、駆動信号Ｇｎがアクティブレベルに駆動された時点で検出値が閾値Ｔ２を超えたと判定され、リセット動作が停止されている。

図１０（ａ）には、図８に示された駆動（通常の撮像時の駆動）がなされた場合に読出部１３０によって読み出された信号の行ごとの平均値が例示されている。例えば、Ｉａは、駆動信号Ｇ３が印加される第３行を構成する複数の画素の信号の平均値である。図１０（ｂ）には、図９に示された駆動（信号変換係数の測定時の駆動）がなされた場合に読出部１３０によって読み出された信号の行ごとの平均値が例示されている。例えば、Ｉｂは、駆動信号Ｇｂが印加される第ｂ行を構成する複数の画素の信号の平均値である。

放射線が照射されてから、検出部１８０によって検出値が演算され、それに従って制御部１７０が放射線の照射の開始を検出するまでには、相応の時間遅延がある。この時間遅延の間も駆動信号Ｇがアクティブレベルに駆動される行の画素Ｐの変換素子はリセットされる。これによって、図１０（ａ）、（ｂ）に例示されるようなアーチファクトが発生する。アーチファクトは、閾値がＴ１より大きいＴ２に設定される信号変換係数γの測定時の方が大きい。図９、図１０（ｂ）に示された例では、第ｂ行から第ｎ行の画素Ｐは放射線の照射の停止後もリセットされているので、当該行の画素の信号の平均値は０となっている。

信号変換係数γは、検出値が閾値Ｔ２に到達した時点での画素Ｐの状態によって定めるアーチファクトの大きさと相関を有するので、該アーチファクトの大きさを定量化することによって信号変換係数γを求めることができる。ここで、検出値が閾値Ｔ２に到達した時点でのアーチファクトの大きさを定量化するために、第ｘ行のアーチファクト量Ｉ（ｘ）を、例えば、放射線の照射中にリセットされなかった行の画素の信号値と第ｘ行の画素の信号値との差分と定義することができる。また、信号変換係数γは、以下の式のように定義することができる。アーチファクト量Ｉ（ｘ）は、仮に検出値が閾値Ｔ２に到達した時点で第ｘ行の画素Ｐから信号値を読み出すことができるならば、その信号値と、放射線の照射中にリセットされなかった行の画素の信号値とに基づいて得ることができる量である。

γ＝Ｔ２／（α×ΣＩ（ｘ）） （４）
ΣＩ（ｘ）は、検出部１８０から出力される検出値が閾値Ｔ２に達するまでの時間におけるＩ（ｘ）の積算値（図１０（ｂ）の例では、第１行から第ｎ行までのＩ（ｘ）の積算値）である。αは、スイッチＴＴの転送効率を示す定数であり、シミュレーションまたは実測によって予め求めることができる。α×ΣＩ（ｘ）は、放射線の照射時におけるリセットによって失われた電荷の量に対応するものであり、放射線の照射時に変換素子ＣＶで発生する電荷の量に対して相関を有する。つまり、α×ΣＩ（ｘ）は、図６における横軸（画素信号（評価値））として理解することができる。

また、信号変換係数γの計算は、上記の例に限定されるものではない。信号変換係数γは、放射線が照射された画素Ｐから読出部１３０によって読み出される信号の値またはそれを処理（例えば、平均値の演算、総和の演算など）した処理結果と検出部１８０から出力される検出値との関係を示す係数に過ぎない。よって、信号変換係数γは、放射線が照射された画素Ｐから読出部１３０によって読み出される信号の値またはそれを処理した処理結果と検出部１８０から出力される検出値とに基づいて計算されうる。

本実施形態の放射線撮像装置１００は、放射線の照射時に画素Ｐから読出部１３０または他の回路によって信号を読み出すことができない。そこで、放射線の照射の終了後に読出部１３０によって読み出される信号から得ることができるアーチファクト量を利用して信号変換係数γが計算される。しかしながら、放射線の照射時に画素Ｐから信号を読み出すことができる構成においては、その信号に基づいて信号変換係数γを計算することができる。

次に、図１１を参照しながら図７のステップＳ７１６における信号変換係数γの調整をステップＳ７１２、Ｓ７１４における処理とともに説明する。ここで、センサ１８２は、電流電圧変換回路と、該電流電圧変換回路の出力電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路で構成されているものとする。図１１において、第ｎ行の駆動信号Ｇｎ、第（ｎ＋１）行の駆動信号Ｇｎ＋１、バイアス線Ｂｓを流れるバイアス電流を電流電圧変換回路によって電圧に変換した波形を示している。この例では、画素ＰのスイッチＴＴは、駆動信号がハイレベルになるとオンし、ローレベルになるとオフする。画素ＰのスイッチＴＴがオンする時間がＴＨ、オフする時間がＴＬ、処理部１８４がセンサ１８２の出力（ＡＤ変換回路の出力）をサンプリングするサンプリング周期がＴＳとして示されている。一例において、ＴＨ＝ＴＬ＝１６μ秒、ＴＳ＝１μ秒とすることができる。

１つの行のリセットにおいて、３２個のバイアス電流信号がセンサ１８２から出力される。ｙ回目のリセットにおいて、時刻ｔ０で駆動信号Ｇｎがハイレベルに切り替わるものとする。駆動信号Ｇｎがハイレベルに切り替わったことがＡＤ変換回路に対する入力の変化として現れるのは時刻ｔ１である。時刻ｔ１〜時刻ｔ５までに処理部１８４に供給される１６個のバイアス電流信号をｙ回目のリセットにおける有効値Ｓ（ｙ）とする。同様に、時刻ｔ５〜時刻ｔ９までに処理部１８４に供給される１６個のバイアス電流信号は、スイッチＴＴが非導通状態にある場合に対応する。処理部１８４は、時刻ｔ５〜時刻ｔ９における１６個のサンプル値のうち時刻ｔ７〜時刻ｔ８に出力された中頃の８個のサンプル値の合計値をｙ回目の初期化動作に対するノイズ値Ｎ（ｙ）とする。

処理部１８４は、時刻ｔ０から遅延時間ＴＤ後のサンプル個数ｎ個のバイアス電流信号を用いてγを計算する。図１１（ｂ）にその例を示す。一例において、調整部１８７は、最初にステップＳ７１２を実行するときは、遅延時間ＴＤの初期値がｔ３、サンプル個数がｎに設定された状態でγを測定する。そして、ステップＳ７１４において、γが許容範囲に収まっていないと判断した場合、調整部１８７は、ステップＳ７１６においてサンプリング条件（具体的には、遅延時間ＴＤおよび／またはサンプル個数ｎ）を変更し、ステップＳ７１２、Ｓ７１４を再度実行する。遅延時間ＴＤの変更は、サンプリングのタイミングの変更を意味する。

このような処理は、ステップＳ７１４においてγが許容範囲に収まっていると判断されるまで、ステップＳ７１６において遅延時間ＴＤまたはサンプル個数ｎを変更しながら繰り返される。ここで、遅延時間ＴＤは、一例において、初期値ｔ３からｔ３＋１μｓ、ｔ３−１μｓ、ｔ３−２μｓ・・というように１μｓずつ変更されうる。同様に、サンプル個数ｎは、一例において、初期値ｎからｎ＋１、ｎ＋２・・・もしくはｎ−１、ｎ−２・・というように１つずつ変更されうる。

上記の実施形態は、本発明の例示的な実施形態に過ぎず、種々の変形が可能である。例えば、リセット動作では、偶数行の画素のスイッチを順番に導通させてから奇数行の画素のスイッチを順番に導通させ、読出動作では、先頭行から最終行まで画素のスイッチを順番に導通させてもよい。あるいは、リセット動作では、先頭行から最終行まで画素のスイッチを順番に導通させ、読出動作では、偶数行の画素のスイッチを順番に導通させてから奇数行の画素のスイッチを順番に導通させてもよい。また、リセット動作と読出動作の両方において、偶数行の画素のスイッチを順番に導通させてから奇数行の画素のスイッチを順番に導通させてもよい。

また、リセット動作では、１度に１行の画素のスイッチのみを導通させるのではなく、複数行の画素のスイッチを同時に導通させてもよい。例えば、複数の偶数行の画素を同時に導通させながら全ての偶数行の画素をリセットした後に、複数の奇数行の画素の同時に導通させながら全ての奇数行の画素をリセットしてもよい。リセット動作は、行の番号の昇順または降順に行う必要はなく、連続的にリセットされる行は、相互に隣接しない行であってもよい。

上記の実施形態における機能は、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。

１１０：画素アレイ、Ｐ：画素、１８０：検出部、１８７：調整部、１７０：制御部

Claims (10)

1. 放射線による画像を撮像するための複数の画素が配列された画素アレイと、
   放射線の照射に応じた検出値を出力する検出部と、
   前記画素アレイから出力される信号または該信号を処理した処理結果と前記検出値との関係が所定の関係になるように前記検出部の特性を調整する調整部と、
   前記検出値が閾値を超えたことに応じて、放射線が照射されたことを検出する制御部と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記画素アレイに電源線を介して電圧を供給する電源を更に備え、
   前記検出部は、前記電源線を流れる電流に応じた値を前記検出値として出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記画素アレイの各画素は、放射線を電気信号に変換する変換素子と、駆動信号に応じて前記変換素子と信号線とを接続するスイッチとを含み、
   前記検出部は、放射線の照射に応じた電気信号を出力するセンサと、前記センサから出力される電気信号を処理して前記検出値を発生する処理部と、を含む、
   前記処理部は、前記スイッチがオンしている間に前記センサから出力される信号と前記スイッチがオフしている間に前記センサから出力される信号との相関二重サンプリングによって前記検出値を得る、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記処理部は、前記スイッチがオンしている間に前記センサから出力される１又は複数の信号をサンプリングし、また、前記スイッチがオフしているに前記センサから出力される１又は複数の信号をサンプリングし、
   前記調整部は、前記処理部によるサンプリング条件を調整するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記サンプリング条件は、サンプリングのタイミングおよび個数の少なくとも一方についての条件を含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記調整部は、前記閾値の代わりに調整用閾値が設定された状態でなされる放射線の照射に応じて前記画素アレイから出力される信号または該信号を処理した処理結果と前記調整用閾値とに基づいて前記検出部の特性を調整する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記調整用閾値が設定された状態において、前記検出値が前記調整用閾値を超えるまでは前記複数の画素を所定順序でリセットするリセット動作を繰り返し、前記検出値が前記調整用閾値を超えたことに応じて前記リセット動作を停止し、放射線の照射の終了後に前記画素アレイから信号を読み出すように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記画素アレイから出力される信号には、放射線の照射が開始された後にリセットされる画素があることによってアーチファクトが発生し、
   前記調整部は、前記アーチファクトと前記調整用閾値とに基づいて前記関係を評価しながら前記検出部の特性を調整する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
9. 放射線による画像を撮像するための複数の画素が配列された画素アレイと、放射線の照射に応じた検出値を出力する検出部と、前記検出値が閾値を超えたことに応じて、放射線が照射されたことを検出する制御部と、を備える放射線撮像装置を調整する調整方法であって、
   前記画素アレイから出力される信号または該信号を処理した処理結果と前記検出値との関係を得るための測定工程と、
   前記関係が許容範囲からずれている場合に、前記関係が所定の関係になるように前記検出部の特性を調整する調整工程と、
   を含むことを特徴とする放射線撮像装置の調整方法。
10. 前記測定工程は、
    前記放射線撮像装置の前記閾値を、前記閾値より大きい調整用閾値に設定する工程と、
    前記調整用閾値が設定された前記放射線撮像装置に放射線を照射し、前記画素アレイに電荷を蓄積させる工程と、
    前記画素アレイから出力される信号と前記調整用閾値とに基づいて前記関係を得る工程とを含み、
    前記調整用閾値が設定された前記放射線撮像装置は、前記検出値が前記調整用閾値を超えるまでは前記複数の画素を所定順序でリセットするリセット動作を繰り返し、前記検出値が前記調整用閾値を超えたことに応じて前記リセット動作を停止し、放射線の照射の終了後に前記画素アレイから信号を読み出すように動作し、
    前記画素アレイから出力される信号には、放射線の照射が開始された後にリセットされる画素があることによってアーチファクトが発生し、
    前記関係を得る工程では、前記アーチファクトに基づいて前記関係を得る、
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置の調整方法。