JP6456127B2 - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。

Ｘ線等の放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる放射撮像装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素アレイを有するマトリクス基板を有する放射線撮像装置が実用化されている。

近年、放射線撮像装置の多機能化が検討されている。その一つとして、放射線の照射をモニタする機能を内蔵することが検討されている。この機能によって、例えば、放射線源からの放射線の照射が開始されたタイミングの検知、放射線の照射を停止されるべきタイミングの検知、放射線の照射量または積算照射量の検知が可能になる。

特許文献１には、放射線画像を取得するための撮像画素と、放射線を検知するための検知画素がマトリクス状に配置された放射線撮像装置が開示されている。そして、当該検知画素と接続されたスイッチ素子を介して放射線を検知するための信号を読み出す構成が開示されている。更に、特許文献１の放射線撮像装置には、特定の範囲に集中的に複数の検知画素を配置する構成及び複数の検知画素と接続されたスイッチ素子を同時に導通させて読み出す構成が開示されている。

特開２０１２−１５９１３号公報

しかしながら、特許文献１の放射線撮像装置では、導通状態の切り替えの際に、スイッチ素子へ接続される制御線の電圧変化に伴い該制御線と信号線の間の寄生素子（寄生容量）に起因して信号線の電位変動が生じる場合がある。特に、特定の範囲に配置された複数の検知画素から同時に読み出す場合には信号線の電位変動の影響が顕著になるおそれがあった。そのため、放射線の照射の検知精度が不十分な場合があった。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために、放射線検知用画素のスイッチ素子への制御信号の切り替えに起因して信号線に発生する電位変動を抑制し、放射線の照射を精度よく読み出すために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面は、放射線画像の取得のための複数の撮像画素と、放射線の入射を検知する検知用変換素子と前記検知用変換素子に接続される検知用スイッチ素子とを夫々が有する複数の検知画素と、を含む放射線撮像装置であって、前記検知用スイッチ素子を駆動する駆動部と、夫々に前記複数の検知画素が配置された複数の検知領域と、前記検知領域に配置された複数の検知画素の夫々を異なるタイミングで駆動させるように駆動部を制御する制御部と、前記撮像画素と前記検知画素に基づく電気信号を夫々異なる信号線を介して読み出す読出部と、前記駆動部により駆動された検知画素から前記読出部によって読み出された信号を加算叉は平均した値に基づいて前記複数の検知領域毎の放射線の入射量を取得する取得部と、を有することを特徴とする。

本発明は、放射線検知用画素のスイッチ素子への制御信号の切り替えに起因して信号線に発生する電位変動を抑制し、放射線の照射を精度よく読み出すために有利な技術を提供する。

第１の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。 放射線撮像装置を含む放射線撮像システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態における放射線撮像装置の撮像画素を示す図である。 第１の実施形態における放射線撮像装置の検知画素を示す図である。 第１の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。 第２の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。 第３の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。 第３の実施形態における放射線撮像装置の検知画素を示す図である。 第４の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。 第４の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。 第５の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。 第５の実施形態における放射線撮像装置の画素を示す図である。 放射線撮像装置の応用例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら例示的な実施形態を通して説明する。なお、各実施形態において、放射線とは、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

（第１の実施形態）
図１を用いて第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。ここで、図１には１２行８列の画素が設けられている例を示すが、１０００×１０００画素が設けられていても良いし、５０００×５０００画素が設けられてもよい。

図１の放射線撮像装置２００は、放射線画像の取得のための複数の撮像画素１と、放射線の入射を検知する検知用変換素子６と変換素子に接続されるスイッチ素子７とを夫々が有する複数の検知画素２を有する。更に、複数の検知画素２が配置された検知領域２０を有する。更に、放射線撮像装置２００は、検知信号線１２と、読出部５１と、駆動部５２と、制御部５５を少なくとも有している。

なお、以下の説明では、複数の撮像画素１および複数の検知画素２において、信号線１０が延びる方向に並ぶ画素の配列を列方向とし、列方向と直行する方向に並ぶ画素の配列を行方向とする。

撮像画素１は、放射線画像の取得のための画素であり、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５を含んで構成される。検知画素２は、放射線の入射を検知するための機能を有する画素であり、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７を含んで構成される。このため、本実施形態では検知画素２は、放射線の入射を検知するための機能と、放射線画像の取得のための機能を有している。検知画素２を、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７を含む構成で記載したが、この限りではない。例えば、検知画素２を、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７のみの構成にしても良い。この場合の検知画素２の検知用変換素子６は、撮像画素１の撮像用変換素子４と同等の大きさで配置しても良く、詳細については第三の実施形態で説明する。

なお、本発明における撮像用スイッチ素子は、本実施形態における第一のスイッチ素子５に相当する。また、本発明における検知用スイッチ素子は、本実施形態における第二のスイッチ素子７に相当する。

撮像用変換素子４および検知用変換素子６は、放射線を光に変換するシンチレータ（不図示）および光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一例として、撮像領域を覆うようにシート状に形成され、複数の撮像画素１および複数の検知画素２によって共有されうる。あるいは、撮像用変換素子４および検知用変換素子６は、放射線を直接に電気信号に変換する変換素子で構成されうる。

第一のスイッチ素子５および第二のスイッチ素子７は、例えば、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンなどの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含みうる。

撮像用変換素子４は、第一のスイッチ素子５及び信号線１０（Ｓ１〜Ｓ８）を介して、読出部５１へ接続されている。検知用変換素子６は、第二のスイッチ素子７及び検知信号線１２を介して、読出部５１へ接続されている。検知信号線１２は、複数の検知画素２のうち少なくとも２以上のスイッチ素子７に共通に接続されている。

全ての画素は共通のバイアス配線１１に接続されており、バイアス電源５３から所定のバイアス電圧が印加されている。所定の行に配置された第一のスイッチ素子５は、第一の制御線８（Ｖｇ１〜Ｖｇ１２）に接続されている。第二のスイッチ素子７は第二の制御線９（Ｖｄ１〜Ｖｄ８）と接続されている。

また、図１には、放射線を検知する際の検知領域２０が４か所設けられている（図１中のＲ１〜Ｒ４）。この検知領域２０の中には複数の検知画素２が配置されている。また、Ｒ１にある複数の検知画素２は、共通の検知信号線１２（図１中Ｄ１）に接続されている。Ｒ２からＲ４についても同様に検知信号線１２（図１中Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）に接続されている。図１には検知領域２０が２×２の４領域配置されているが、この限りではない。例えば、検知領域２０を５×５の２５領域設けてもよいし、１０×１０の１００領域設けてもよい。検知領域２０については、基板上に均等に分散して配置してもよいし、特定の範囲に偏るように検知領域２０を配置してもよい。また、本実施形態では各検知領域２０の中に検知画素２が複数配置されている。この場合、検知画素２は、検知領域２０の中で行方向又は列方向叉は斜め方向の少なくとも規則的な配置であることが望ましい。

規則的な配置とは、連続的に配置されている場合だけでなく、検知領域２０内に所定の間隔で撮像画素１と検知画素２が配置されている場合も含み得る。

なお、撮像画素１及び検知画素２の配置は、一例であり、当該配置に限定されるものではない。

駆動部５２は、第一の制御線８を介して複数の撮像画素１を駆動する。更に駆動部５２は、第二の制御線９を介して複数の検知画素２を駆動する。駆動部５２と第一の制御線８及び第二の制御線９は、電気的に接続されている。第二の制御線９は複数配置されており、検知領域２０の中の検知画素２毎に個別に接続されている。

読出部５１は、複数の検知部１３２と、マルチプレクサ１４４と、アナログデジタル変換器１４６（以下、ＡＤＣ）とを含みうる。複数の信号線１０および複数の検知信号線１２のそれぞれは、読出部５１の複数の検知部１３２のうち対応する検知部１３２に接続される。ここで、１つの信号線１０または検知信号線１２は、１つの検知部１３２に対応する。つまり、本実施形態では、読出部５１は、撮像画素１と検知画素２に基づく電気信号を夫々異なる信号線を介して読み出す。検知部１３２は、例えば、差動増幅器、サンプルホールド回路を含む。マルチプレクサ１４４は、複数の検知部１３２を所定の順番で選択し、選択した検知部１３２からの信号をＡＤＣ１４６に供給する。ＡＤＣ１４６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。ＡＤＣ１４６の出力は、信号処理部２２４に供給され、信号処理部２２４によって処理される。

信号処理部２２４は、ＡＤＣ１４６の出力に基づいて、放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を示す情報を出力する。具体的には、信号処理部２２４は、例えば、放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を検知したり、放射線の照射量および／または積算照射量を演算したりする。つまり、本実施形態の読出部５１は、駆動部５２により駆動された検知画素２から読み出された信号に基づいて複数の検知領域毎の放射線の入射量を取得し得る。読出部５１は、検知領域２０に配置された複数の検知画素から取得される信号に応じた値を加算又は平均化した値に基づいて夫々の検知領域２０の放射線の入射量を算出（取得）する。当該加算又は平均化処理は、信号処理部２２４がＡＤＣ１４６から取得したデジタル信号を処理することにより行われ得る。また、当該当該加算又は平均化処理は、これに限られるものではなく、検知部１３２が、差動増幅器に入力された複数の検知画素２から取得したアナログ信号を加算叉は平均した値をＡＤＣ１４６に供給することによっても放射線の入射量を算出（取得）し得る。図１では、信号処理部２２４は、読出部５１に含まれるものとしているがこれに限られるものでなく、制御部５５に含まれていてもよいし、読出部５１、制御部５５のいずれにも含まれない構成であってもよい。

なお、本発明における取得部は、本実施形態における信号処理部に相当する。

制御部５５は、駆動部５２および読出部５１を制御する。制御部５５は、信号処理部２２４からの情報に基づいて、例えば、露出（撮像画素１による照射された放射線に対応する電荷の蓄積）の開始および終了を制御する。つまり、制御部５５は、検知用変換素子６で検知された放射線の量に基づいて放射線の入射量を測定し得る。

図２には、放射線撮像装置２００を含む放射線撮像システムの構成が例示されている。放射線撮像システムは、放射線撮像装置２００の他、コントローラ１００２、インターフェース１００３、放射線源インターフェース１００４、放射線源１００５を備えている。

コントローラ１００２には、線量Ａ、照射時間Ｂ（ｍｓ）、管電流Ｃ（ｍＡ）、管電圧Ｄ（ｋＶ）、放射線をモニタすべき領域である検知領域などが入力されうる。放射線源１００５に付属された爆射スイッチが操作されると、放射線源１００５から放射線が放射される。放射線撮像装置２００の制御部５５は、例えば、検知領域２０に配置された検知画素２から読み出された信号の積分値が線量Ａ’に到達したら、インターフェース１００３を介して放射線源インターフェース１００４に曝射停止信号を送る。これに応答して、放射線源インターフェース１００４は、放射線源１００５に放射線の放射を停止させる。ここで、線量Ａ’は、線量Ａ、放射線照射強度、各ユニット間の通信ディレイ、処理ディレイ等に基づいて、制御部５５によって決定されうる。放射線の照射時間が照射時間Ｂに達した場合は、放射線源１００５は、爆射停止信号の有無にかかわらず、放射線の照射を停止する。

次に、図３を用いて撮像画素の構成について説明する。図３（ａ）は撮像画素１の平面図、図３（ｂ）は撮像画素１のＡ−Ａ’の断面図である。

本実施形態における撮像画素１は、撮像用変換素子４と、撮像用変換素子４の電荷に応じた電気信号を出力する第一のスイッチ素子５とを含む。撮像用変換素子４は、ガラス基板等の絶縁性の基板１００の上に設けられた第一のスイッチ素子５の上に第一の層間絶縁層１１０を挟んで積層されて配置されている。第一のスイッチ素子５は、基板１００の上に、基板１００側から順に、制御電極１０１と、第一の絶縁層１０２と、第一の半導体層１０３と、第一の半導体層１０３よりも不純物濃度の高い第一の不純物半導体層１０４と、第１主電極１０５と、第２主電極１０６と、を含む。第一の不純物半導体層１０４はその一部領域で第１主電極１０５及び第２主電極１０６と接しており、その一部領域と接する第一の半導体層１０３の領域の間の領域が、第一のスイッチ素子５のチャネル領域となる。制御電極１０１は制御線と電気的に接合されており、第１主電極１０５は信号線１０と電気的に接合されており、第２主電極１０６は変換素子の個別電極１１１と電気的に接合されている。なお、本実施形態では第１主電極１０５と第２主電極１０６と信号線１０と同じ導電層で一体的に構成されており、第１主電極１０５が信号線１０の一部をなしている。第一主電極１０５、第二主電極１０６、及び信号線１０上には、信号線１０側から順に、第二の絶縁層１０７、第一の層間絶縁層１１０が配置されている。本実施形態では、スイッチ素子として非晶質シリコンを主材料とした半導体層及び不純物半導体層を用いた逆スタガ型のスイッチ素子を用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のスイッチ素子を用いたり、有機ＴＦＴ、酸化物ＴＦＴ等をスイッチ素子として用いたりすることができる。第一の層間絶縁層１１０は、第一のスイッチ素子５を覆うように、基板１００と複数の個別電極１１１との間に配置されており、コンタクトホールを有している。撮像用変換素子４の個別電極１１１と第２主電極１０６とが、第一の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホールにおいて、電気的に接合される。撮像用変換素子４は、第一の層間絶縁層１１０の上に、第一の層間絶縁層側から順に、個別電極１１１と、第二の不純物半導体層１１２と、第二の半導体層１１３と、第三の不純物半導体層１１４と、共通電極１１５と、を含む。撮像用変換素子４の共通電極１１５上には、第三の絶縁層１１６が配置されている。また、撮像用変換素子４の共通電極１１５は、第二の層間絶縁層１２０上に配置されたバイアス配線１１が電気的に接合される。そして、バイアス配線１１の上には保護膜としての第四の絶縁層１２１が配置されている。

次に、図４を用いて検知画素の構成について説明する。図４（ａ）は検知画素２の平面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ’の断面図である。

本実施形態における検知画素２は、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７を含む。検知用変換素子６は、第一の層間絶縁層１１０の上層に、撮像画素１の撮像用変換素子４と同様の構造で積層されている。撮像用変換素子４及び検知用変換素子６の共通電極１１５には第二の層間絶縁層１２０上に配置されたバイアス配線１１が電気的に接合される。また、検知用変換素子６の個別電極１１１は、第一の層間絶縁層１１０に設けられたコンタクトホールを介して、検知信号線１２に接続されている。又、検知信号線１２上には検知信号線１２側から順に、第二の絶縁層１０７、第一の層間絶縁層１１０が配置されている。

尚、本実施形態における撮像画素１に対して、検知画素２は撮像用変換素子４の開口面積が小さくなっている為、検知画素２からの信号量が減少してしまう。これによる影響は、検知部１３２のゲインを調整すること、あるいは、撮像される画像を補正することによって、低減することができる。当該補正は、検知画素２の周囲の撮像画素１の値を用いて補間する処理等により実現可能である。尚、本実施形態では、撮像用変換素子４及び検知用変換素子６はＰＩＮ型のセンサとしているが、これに限られるものではなく、ＭＩＳ型、ＴＦＴ型のセンサを使用してもよい。

次に、本実施形態の放射線撮像装置の動作を、図５のタイミングチャートを用いて説明する。以下の説明において、撮像画素１を駆動する第一の制御線８に印加される電圧を信号Ｖｇ１〜Ｖｇｍ（ｍは図１における１２に相当する）とし、検知画素２を駆動する第二の制御線８に印加される電圧をＶｄ１〜Ｖｄ８とする。第１スイッチ素子５、第２スイッチ素子７は、ゲートに供給される信号がハイレベルであるときに導通状態となり、ゲートに供給される信号がローレベルであるときに非導通状態となる。なお、当該信号レベルと導通状態の組み合わせは、回路構成及びスイッチ素子の導電型の組み合わせによって決定することもできる。また、図５中に示す読出部５１、駆動部５２の動作は上述したように制御部５５の制御に基づいて動作する。図５中では、ハイレベルは「Ｖｏｎ」と表記し、ローレベルは「Ｖｏｆｆ」で示す。なお、本発明における「オン電圧」は本実施形態における「Ｖｏｎ」に相当する。また、本発明における「オフ電圧」は本実施形態における「Ｖｏｆｆ」に相当する。

まず、図５中のＴ１の期間について説明する。期間Ｔ１は、放射線の照射の開始を待つ期間である。本実施形態では、放射線撮像装置２００の電源が投入され、放射線画像の撮像が可能な状態となってから放射線源１００５の曝射スイッチが操作され、放射線の照射が検知されるまでの期間が期間Ｔ１である。Ｔ１の期間は、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７に順次Ｖｏｎの電圧を印加していき、撮像用変換素子４及び検知用変換素子６の個別電極１１１を信号線１０及び検知信号線１２の電位にリセットしておく。なお、第二のスイッチ素子７は常にＶｏｎを印加した状態であってもよい。これによって、ダーク電流による電荷が撮像素子１の変換素子に長時間にわたって蓄積されることが防止される。期間Ｔ１の長さは、撮像手法・条件等により大きく異なるが、例えば、数ｓｅｃ〜数ｍｉｎでありうる。

次に、図５中のＴ２の期間について説明する。期間Ｔ２は、放射線が照射されている期間である。一例として、期間Ｔ２は、放射線の照射の開始が検知されてから放射線の曝射量が最適線量となるまでの期間である。期間Ｔ２は、放射線の照射量をモニタする期間であるとも言える。期間Ｔ２では、Ｖｄ１〜Ｖｄ８に断続的にＶｏｎが印加され、検知画素２の第二のスイッチ７が断続的に導通状態にし、検知画素２からの信号が読み出される。なお、Ｖｇ１〜Ｖｇｍに常時Ｖｏｆｆ１が印加されているために、第一のスイッチ素子５は非導通状態となっている。ここで、第二のスイッチ素子７にＶｏｎ又はＶｏｆｆを印加する際に、第二の制御線９と検知信号線１２の間の寄生容量を介して検知信号線１２の電位を変動させる場合がある。例えば、Ｖｏｎ又はＶｏｆｆの印加に基づいて瞬間的に第二の制御線９から検知信号線１２に寄生容量を介して電荷が注入され検知信号線１２の電位が変動させられる。本実施形態では、１つの検知領域２０に対して複数の検知画素２が列方向に４画素配置されている。そのため、４画素に接続された第二の制御線９に同時にＶｏｎを印加して読み出す場合、第二の制御線９と検知信号線１２の間の寄生容量に起因して発生した電荷の影響が顕著になる。この場合に、検知信号線１２に現れる寄生容量に基づく電荷が検知信号線１２を介して読出部５１へ転送されてしまう。ここで、寄生容量は、検知信号線１２の材料、物理的な構造、他の配線等との距離、他の配線間の物質の誘電率等に起因する容量成分を示す。

制御部５５は、各検知領域２０に配置された複数の検知画素２の夫々を異なるタイミングで駆動させるように駆動部５２を制御する。そして、検知領域２０毎の放射線の入射量を読出部５１を介して、情報処理部２２４で取得し得る。制御部５５は、駆動部５２を制御し、第二のスイッチ素子７には順次Ｖｏｎを印加し、第二のスイッチ素子７を導通状態にする。そして、読出部５１は、検知画素２の検知用変換素子６からの信号を読みだすために、１つの検知領域２０の中の複数の検知画素２を異なるタイミングで読み出す。具体的には、図５に示すように、Ｖｄ１〜Ｖｄ４及び、Ｖｄ５〜Ｖｄ８に順次Ｖｏｎを印加する。この場合に読出部５２は、読出した信号を蓄積させる。一例として、検知部１３２の差動増幅器の帰還容量に出力を蓄積させる。そして、読出部５１は、Ｖｄ１〜Ｖｄ８へのＶｏｎの印加を終了させると、検知部１３２によるサンプルホールドを実施し、検知信号線１２のリセットを実施する。このように、各検知領域２０に配置された複数の検知画素２の夫々を異なるタイミングで駆動させることで先に述べた寄生容量の影響を抑制し得る。本実施形態では、検知領域２０内の複数の検知画素２の出力を、差動増幅器の帰還容量で加算しているがこれに限られるものではない。例えば、ＡＤＣ１４６でデジタル変換された後のデータを加算又は平均したものであってもよい。なお、検知部１３２でアナログ信号を加算する場合、デジタル変換時のノイズが加算されないためノイズを低減し得る。本実施形態において、放射線が照射されている期間においては、検知画素２は、撮像画素１よりも短い頻度で読み出され得る。そのため個々の検知画素２の信号量は撮像画素１よりも小さくなる。そのため、複数の検知画素２の信号を加算又は平均することで所定の検知領域２０の信号を増幅又はノイズの低減を行えるため、寄生容量成分の影響を低減することに寄与し得る。

本実施形態では、各検知領域２０（Ｒ１〜Ｒ４）において、夫々が異なる検知信号線１２に接続されている。更に、複数の検知領域２０の間で共通の第二の制御線９が接続されている。そのため、Ｒ１〜Ｒ４の各検知領域２０の検知画素２の信号の読み出しを任意のタイミングで行える。本実施形態において、制御部５５は、異なる検知領域２０に配置された検知画素２の駆動叉は信号の読み出しを同時に行える。一例として、制御部５５は、複数の検知領域２０のうち異なる検知領域２０に配置された２以上の検知画素２を駆動させるタイミングを重複させるように駆動部を制御している。当該制御により、駆動部５２は、Ｖｄ１とＶｄ５は同時にＶｏｎ又はＶｏｆｆを印加することができる。駆動部５２は、同様に、Ｖｄ２はＶｄ６と同時にＶｏｎ又はＶｏｆｆを印加する事が可能である。そして、読出部５１は、駆動部５２によりＶｄ１〜Ｖｄ４及びＶｄ５〜Ｖｄ８にＶｏｎが印加された後に、各検知領域２０に対応する検知部１３２でサンプルホールド（ＳＨ）を実施し、配線リセットを実施する。また、読出部５１は、複数の検知領域２０に対応する信号を任意のタイミングで取得できる。このようにして、本実施形態の放射線撮像装置は、放射線照射中にリアルタイムで放射線の入射量を測定できる。更に、本実施形態の放射線撮像装置は、夫々の検知領域２０に個別の第二の制御線９を接続する場合と比較して、配線を少なくすることができる。また、検知領域２０内の複数の検知画素で検知部１３２を共有でき、且つ検知信号線１２の配線を少なくできる。制御部５５は、読出部５１で取得された放射線照射量が所定の値に達した場合、通信ＩＦ５６を介して外部に信号を送ることもできる。

次に、図５中のＴ３の期間について説明する。期間Ｔ３は、放射線の照射が終了した後に、放射線により撮像画素１０１に蓄積された信号を読み出す期間である。期間Ｔ３では、駆動部Ｖｄ１〜Ｖｄｎがローレベルにされる。期間Ｔ３では、検知信号線１２がフローティングになることを防ぐために、検知信号線１２を固定電位に接続することが好ましい。また、第一の制御線７を走査する為に、Ｖｇ１〜Ｖｇ９に順次Ｖｏｎ電圧を印加し、信号線１０を介して撮像用変換素子４に蓄積された信号を読出部５１へ転送される。以上のように、第一の実施形態の放射線撮像装置では、放射線の照射を高い精度で読み出すことができ、より適切な線量制御および露出制御の実現に寄与し得る。

（第二の実施形態）
次に、図６を用いて第二の実施形態における放射線撮像装置について説明する。放射線撮像装置の構成については、第一の実施形態の放射線撮像装置が適用可能である。本実施形態と第一の実施形態との差異は、制御部が、検知画素へ順次Ｖｏｎを印加するタイミングと、当該Ｖｏｎが印加される検知画素とは異なる検知画素がＶｏｆｆを印加されるタイミングが同時になるように駆動部を制御する。本実施形態での具体的な動作について説明する。図６中のＴ１およびＴ３の期間の動作については第一の実施形態と同様である。図６中のＴ２の期間は、放射線が曝射されている期間である。制御部５５は、Ｖｄ１〜Ｖｄ３に順次Ｖｏｎを印加するように駆動部５２を制御する。この場合に、寄生容量に起因した信号線１０の電位変動を抑制するために、Ｖｄ１にＶｏｆｆ電圧を印加するタイミングと略同じタイミングでＶｄ２にＶｏｎ電圧を印加する。同様に、Ｖｄ２にＶｏｆｆを印加するタイミングと略同じタイミングでＶｄ３にＶｏｎを印加し、Ｖｄ３にＶｏｆｆを印加するタイミングと略同じタイミングでＶｄ１にＶｏｎを印加する。当該動作を夫々の制御線に繰り返すことにより、第二のスイッチ素子のＶｏｎ及びＶｏｆｆ印加時に寄生容量に起因する信号線の電位変動を抑制できる。

上述したように、制御部５５は、検知領域２０に配置された複数の検知画素２のうち少なくとも１つの検知画素２へ印加する電圧を導通状態から非導通状態へ変化させる。この場合に、該検知画素２とは異なる検知画素２へ印加する電圧を非導通状態から導通状態に変化させるように駆動部５２を制御している。本実施形態の動作方法により、第一の実施形態と比較して駆動速度を早くし、且つ検知信号線の寄生容量に起因する精度の低下を抑制することができる。

（第三の実施形態）
次に、図７及び図８を用いて第三の実施形態における放射線撮像装置について説明する。ここで、第一の実施形態と重複する箇所については説明を割愛する。図７は第三の実施形態に係る放射線撮像装置の構成を示す図である。図８は第三の実施形態に係る検知画素の構造を示す図である。本実施形態では、本実施形態と第一の構成上の差異は、図８に示すように、検知画素２が、検知用変換素子６と第二のスイッチ素子７の組み合わせから成り、撮像用変換素子４と第一のスイッチ素子５を含まない点である。この構成によると、検知用変換素子６の面積を大きく配置できるため放射線の検知感度の向上を図ることができる。この場合において、検知画素２には撮像用変換素子４が配置されていないため欠陥画素となってしまうが、隣接する撮像画素の出力や画像データからデータを補完することで補正可能である。更に、本実施形態における放射線撮像装置は、各検知領域２０（Ｒ１〜Ｒ４）に複数の検知画素２がマトリックス状に２×２の４画素配置されている。なお、各検知領域２０内の検知画素２の数はこれに限定されるものではない。当該構成においても、第一の実施形態と同様に、各検知領域２０の中で第二の制御線９を複数系統に分割しているため、寄生容量に起因する電位変動を抑制し得る。

（第四の実施形態）
次に、図９及び図１０を用いて第四の実施形態における放射線撮像装置について説明する。ここで、先の実施形態と重複する箇所については説明を割愛する。

図９は、第四の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。

第一から第三の実施形態との差異は、撮像画素１と検知画素２からの信号の読み共通の信号線（信号線１０）で行う点で異なる。更に、複数の検知領域２０を共通の信号線で接続している。具体的には、複数の検知領域２０のうち、一例としてＲ１とＲ２の検知画素２が共通の信号線１０（Ｓ２）に接続されている。同様に、検知領域２０のうち、Ｒ３とＲ４の検知画素２が共通の信号配線（Ｓ６）に接続している。当該構成により、検知部を共有することができるため、先の実施形態と比較して検知部の個数を減らすことができる。

図１０は、第四の実施形態における放射線撮像装置の動作を示す図である。図１０のＴ１およびＴ３の期間における動作については先の実施形態と同様である。

図１０における期間Ｔ２は放射線が照射されている期間である。期間の定義については他の実施形態と同様である。制御部５５は、共通の検知部に接続されている検知領域２０毎に検知画素からの信号を取得するように制御する。制御部５５は、まず、駆動部５２を制御し、Ｖｄ１からＶｄ４に順次Ｖｏｎを印加する。そして、Ｖｄ４を非導通状態にし、サンプルホールド（ＳＨ）を実施し、配線リセットを実施する。次に、制御部５５は、他の検知領域２０からの信号を取得するためにＶｄ５〜Ｖｄ８に順次Ｖｏｎを印加する。Ｖｄ８を非導通状態にし、サンプルホールド（ＳＨ）を実施し、配線リセットを実施する。さらに、読出部５１で測定された放射線照射量が設定値に達した後、放射線源に信号を送り、放射線の照射を停止させても良い。

以上の本実施形態において読出部の構成を簡易にしつつ、放射線の照射を高い精度で読み出すことができ、より適切な線量制御および露出制御の実現に寄与し得る。

（第五の実施形態）
次に、図１１及び図１２を用いて第五の実施形態における放射線撮像装置について説明する。ここで、先の実施形態と重複する箇所については説明を割愛する。先の実施形態との差異は、第二の制御線９が、検知領域２０内の複数の検知画素２に対して検知領域２０の近傍で分岐して接続されている点である。

図１１は、第５の実施形態における放射線撮像装置の構成を示す図である。

図１１に示すように、一例として、第二の制御線９が、検知画素２の近傍で２股に分割している例を示す。なお、分岐の数は２に限られず、少なくとも、後述する寄生容量を低減させるように第二の制御線９が分岐されているものであれば更に複数分岐していてもよい。当該構成により、第二の制御線９が信号線１０叉は検知信号線１２と交差する箇所を低減できる。そして、第二の制御線９と信号線１０の交差箇所における寄生容量に起因して信号線１０から読み出される信号のアーチファクトを低減できる。第二の制御線９と検知信号線１２との間の寄生容量に起因して検知信号線１２の電位変動を低減できる。

次に、本実施形態における画素の構成を図１２（ａ）は図１１中のａで示される破線中の画素の平面図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）中のＡ−Ａ’の断面図である。図１２（ａ）中の第二の制御線９は、左上の画素と右上の画素の間に設けられたコンタクトホールを介して、右下の画素に配線され、第二のスイッチ素子７と接続される。図１２（ｂ）に示すように、個別電極層１１１と第二の制御線９は、コンタクトホールを介して接続される。

以上の本実施形態の寄生容量をより低減し得る構成において、放射線の照射を高い精度で読み出すことができ、より適切な線量制御および露出制御の実現に寄与し得る。

（応用実施形態）
次に、図１２を用いて、放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムについて説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、放射線撮像装置２００に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して変換部３で放射線を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録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。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

なお、本発明の実施形態は、コンピュータや制御コンピュータがプログラム（コンピュータプログラム）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等のコンピュータが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、伝送媒体およびプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

以上、本発明を実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれらの特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明の範疇に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施の形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

１ 撮像画素
２ 検知画素
６ 検知用変換素子
７ 検知用スイッチ素子
１２ 検知信号線
２０ 検知領域
５２ 駆動部
５５ 制御部
２００ 放射線撮像装置

Claims (12)

1. 放射線画像の取得のための複数の撮像画素と、放射線の入射を検知する検知用変換素子と前記検知用変換素子に接続される検知用スイッチ素子とを夫々が有する複数の検知画素と、を含む放射線撮像装置であって、
   前記検知用スイッチ素子を駆動する駆動部と、
   夫々に前記複数の検知画素が配置された複数の検知領域と、
   前記検知領域に配置された複数の検知画素の夫々を異なるタイミングで駆動させるように駆動部を制御する制御部と、
   前記撮像画素と前記検知画素に基づく電気信号を夫々異なる信号線を介して読み出す読出部と、
   前記駆動部により駆動された検知画素から前記読出部によって読み出された信号を加算叉は平均した値に基づいて前記複数の検知領域毎の放射線の入射量を取得する取得部と、
   を有することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記取得部は、前記検知領域に配置された複数の検知画素から取得されるアナログ信号をデジタル信号に変換された値を加算又は平均した値に基づいて夫々の検知領域の放射線の入射量を取得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. 前記複数の検知領域の夫々に対応するアナログ信号を検知する複数の検知部を有し、
   前記検知部は、前記複数の検知画素から取得したアナログ信号を加算叉は平均する処理を行い、
   前記取得部は、前記加算又は平均されたアナログ信号に基づいて夫々の検知領域への放射線の入射量を取得す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. 前記検知用変換素子と前記検知部とを接続する検知信号線を有し、
   前記検知信号線は、前記検知領域に配置された複数の検知画素で共通に接続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. 前記駆動部と前記検知領域とを接続する制御線を有し、
   前記制御線は、複数の異なる前記検知領域で共通に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記制御線が、前記駆動部と前記検知領域の間で分岐して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 複数の前記制御線を有し、
   前記検知領域内の複数の検知画素毎に個別に接続されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記制御部は、前記複数の検知領域のうち異なる検知領域に配置された２以上の検知画素を駆動させるタイミングを重複させるように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１から７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、前記検知領域に配置された複数の検知画素のうち少なくとも１つの検知画素へ印加する電圧を導通状態から非導通状態へ変化させた場合に、該検知画素とは異なる検知画素へ印加する電圧を非導通状態から導通状態に変化させるように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記検知領域は、行方向又は列方向叉は斜め方向の少なくとも１方向に前記複数の検知画素が規則的に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 放射線画像の取得のための複数の撮像画素と、放射線の入射を検知する検知用変換素子と前記検知用変換素子に接続される検知用スイッチ素子とを夫々が有する複数の検知画素と、前記検知用スイッチ素子を駆動する駆動部と、夫々に前記複数の検知画素が配置された複数の検知領域と、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記検知領域に配置された複数の検知画素の夫々を異なるタイミングで駆動させるように前記駆動部を制御する工程と、
    前記撮像画素と前記検知画素に基づく電気信号を夫々異なる信号線を介して読み出す工程と、
    前記駆動部により駆動された検知画素から前記読み出す工程により読み出された信号を加算叉は平均した値に基づいて前記検知領域毎の放射線の入射量を取得する工程と、
    を有することを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
12. 放射線を発生する放射線源と、
    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と、
    を有する放射線撮像システム。

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