JP6555893B2 - 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とを備え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。そして、検知画素の信号を読み出す際にスイッチ素子の導通状態を切り替えるために駆動電圧を導通電圧及び非導通電圧に適宜切り替える。

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、当該駆動電圧切り替えの際に、制御線の電圧の変化に伴いスイッチ素子へ接続される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おそれがある。そのため、当該信号線の電位変動により放射線の照射の検知精度が不十分な場合があった。

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。

本発明の一つの側面は、放射線画像の取得のための撮像画素と、検知用変換素子からの信号を出力するための検知用スイッチ素子を有し、放射線の入射を検知する検知画素と、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の制御電極に電気的に接続された制御線と、前記制御線に電気的に接続された駆動部と、を有し、前記駆動部は、前記検知用スイッチ素子を非導通状態にするオフ電圧と導通状態にするオン電圧との間で電圧を段階的に変化させることを特徴とする。

本発明は、放射線検知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。

第一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。 第一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。 第一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。 第一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。 第二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。 第三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。 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。

（第一の実施形態）
図１を用いて第一の実施形態について説明する。図１は第一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９行９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と当該検知用変換素子６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、放射線撮像装置２００は、制御線９と、駆動部５２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い。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〜Ｓ９）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、一例として複数の検知画素２の夫々のスイッチ素子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〜Ｖｇ９）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〜Ｖｄ３）と接続されている。

また、図１には、放射線を検知する際の放射線検知領域（ＲＯＩ）が９か所設けられている（図１中のＲ１〜Ｒ９）。この放射線検知領域（ＲＯＩ）の中には検知画素２が配置されておいる。また、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３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。同様に、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の検知画素２は共通の検知信号線１２（図１中Ｄ２）に接続され、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９の検知画素２は共通の検知信号線１２（図１中Ｄ３）に接続されている。本実施形態では各放射線検知領域（ＲＯＩ）の中に検知画素２が１画素ずつ配置されている例を示したが、１つの放射線検知領域（ＲＯＩ）の中に検知画素２を複数配置しても良い。一例として、検知画素２は、行又は列方向に複数接続しても配置してもよい。この場合において、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。ここで、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。図１には放射線検知領域（ＲＯＩ）が３×３の９領域配置されているが、この限りではない。例えば、放射線検知領域（ＲＯＩ）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。放射線検知領域（ＲＯＩ）については、基板上に均等になるように配置してもよいし、特定の範囲に偏るように放射線検知領域（ＲＯＩ）を配置してもよい。また、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。

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。検知部１３２は、例えば、差動増幅器、サンプルホールド回路（不図示）を含む。当該サンプルホールド回路により、サンプルホールドを行い検知武１３２により信号を取得し得る。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。

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。本実施形態において、駆動部５２は、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を導通状態にするオン電圧と、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を非導通状態にするオフ電圧を出力する。更に、駆動部５２は、第二のスイッチ素子７に印加する電圧をオフ電圧とオン電圧の間で段階的に変化する電圧を第二の制御線９に出力する。ここで、「段階的に変化させる」とは、オン・オフ電圧の２つの状態を遷移させる間に当該２つの状態とは異なる電圧に変化させることを示す。一例として、後述する図５で示すように、駆動部５２は、階段状に制御電圧を変化させる。そのため、駆動部５２は、少なくとも３つ以上の状態（多段階の状態）の出力電圧を取り得る。一例として、駆動部５２は、検知用スイッチ素子を非導通状態にするオフ電圧と、検知用スイッチ素子を導通状態にする第一のオン電圧と、第一のオン電圧よりもオフ電圧との差が大きい第二のオン電圧を出力し得る。駆動部５２から出力される電圧は、一例として、後述するように制御部５５からの制御に基づいて変更され得る。また、「段階的に変化させる電圧」が出力されるものであれば、駆動部５２の電圧は、制御部５５からの制御に基づいていなくてもよい。例えば、駆動部５２が出力するオフ電圧又はオン電圧が検知用スイッチ素子に印加される時の電圧の波形が、瞬間的に変化することを抑制するように所定の時定数を有していればよい。この場合、当該所定の時定数を持たせるように受動素子等を適宜挿入することで当該電圧を段階的に変化させることができる。この場合の時定数は、オン・オフ電圧の切り替えの間に、読出部５１が検知画素２からの信号を読み出し可能な程度に設定することが好適である。

制御部５５は、駆動部５２および読出部５１を制御し得る。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、取得し得る。

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放射線検知領域（ＲＯＩ）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、放射線検知領域（ＲＯＩ）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、第一主電極１０５と、第二主電極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一主電極１０５及び第二主電極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、第一主電極１０５は信号線１０と電気的に接合されており、第二主電極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、本実施形態では第一主電極１０５と第二主電極１０６と信号線１０と同じ導電層で一体的に構成されており、第一主電極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と第二主電極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。なお、第二のスイッチ素子７の構造は、第一のスイッチ素子５と同様の構造を取り得る。第二のスイッチ素子７は、基板１００の上に、基板１００側から順に、制御電極２０１と、第一の絶縁層１０２と、第一の半導体層２０２と、第一の半導体層２０２よりも不純物濃度の高い第一の不純物半導体層２０３と、第１主電極２０４と、第２主電極２０５と、を含む。第一の不純物半導体層２０３はその一部領域で第１主電極２０４及び第２主電極２０５と接しており、その一部領域と接する第一の半導体層２０２の領域の間の領域が、第二のスイッチ素子７のチャネル領域となる。制御電極２０１は制御線と電気的に接合されており、第１主電極２０４は信号線１２と電気的に接合されている。

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。本実施形態において、Ｖｏｎ電圧あるいはオン電圧は、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を導通状態にする電圧を示す。また、Ｖｏｆｆ電圧あるいはオフ電圧は、第一のスイッチ素子５及び第二のスイッチ素子７を非導通状態にする電圧を示す。第一のスイッチ素子５、第二のスイッチ素子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。ただし、前述したように、駆動部５２の動作はこれに限定されるものではない。図５中では、各スイッチ素子を導通状態にするオン電圧は「Ｖｏｎ」と表記し、非導通状態にするオフ電圧は「Ｖｏｆｆ」で示す。「Ｖｃ」は、オン電圧よりもオフ電圧との電位差が小さいオン電圧である。本実施形態において、駆動部５２から出力される電圧は、Ｖｏｆｆ、Ｖｃ、Ｖｏｎの順に変化させる電圧となっている。

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。また、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〜Ｖｄ３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される。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が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。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。

駆動部５２は、検知用スイッチ素子に印加する電圧をオフ電圧とオン電圧の間で段階的に変化する電圧を制御線に印加する。本実施形態において、当該オン・オフ間の電圧の変化の際にオン電圧とオフ電圧の中間の電圧としてＶｃを印加する。このため、駆動部５２は、電圧の切り替え時における急峻な変化が抑制できるため、寄生容量を介して発生する電位変動を抑制し得る。本実施形態では、Ｖｏｆｆ、Ｖｃ、Ｖｏｎの３つの状態に変化させているがこれに限定されるものではない。例えば、３つ以上の状態に制御してもよく、ＶｏｆｆとＶｏｎの間で複数の電圧を出力してもよい。あるいは、ＶｏｆｆとＶｏｎの間なだらかに変化させてもよい。段階的な電圧の変化のさせ方は、同時に電圧を印加させる検知用スイッチ素子の個数や、先述した寄生容量の値に基づいて規定され得る。

次に、図５中のＴ２の期間における各部の動作について説明する。まず、読出部５１は、各検知信号線（Ｄ１〜Ｄ３）のリセット動作を行う。次に、制御部５５は、駆動部５２に対して第二の制御線にＶＯＦＦ→ＶＣ→ＶＯＮ→ＶＣ→ＶＯＦＦと段階的に電圧を印加させる。この場合に制御部５５は、一連の駆動部５２の動作が終了した場合に、検知部１３２が有するサンプルホールド回路により、サンプルホールドを行うように制御し得る。各サンプルホールド毎に取得した信号の積算量に基づいて加算、平均等の処理を行うことで各検知画素に到達した放射線量を取得し得る。これらの動作をＴ２の期間において繰り返し行う。以上の動作により、各検知画素から信号を取得し得る。次に、放射線検知領域（ＲＯＩ）毎の放射線入射量を取得する場合について述べる。なお、詳細については第三の実施形態で説明する。この場合において、制御部５５は、共通の検知信号線１２に接続されている第二のスイッチ素子７については、異なるタイミングで駆動部５２が電圧を出力するように制御する。そして、読出部５１は、第二のスイッチ素子７から個別の信号量を取得する。

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５２より、Ｖｄ１〜Ｖｄ３が非導通状態にされる。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１２５を固定電位に接続することが好ましい。また、駆動部５２は、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。

第一の実施形態では、上述したように、放射線検出用のための検知画素は、放射線照射中（期間Ｔ２に相当）に順次読み出しを行う。そのため、撮像画素の読み出しよりも高い頻度で、小さな信号を取得するため寄生容量の影響が検知信号に現れやすい。そのため、駆動部５２は、検知用スイッチ素子に印加する電圧をオフ電圧とオン電圧の間で段階的に変化する電圧を制御線に印加する。これにより、放射線検出のための検知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検知信号線に発生する電位変動を抑制し得る。そして、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、第二の実施形態について図６を用いて説明する。図６は第二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。ここで、図６には９行９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。本実施形態と第一の実施形態との構成上の差異は、図６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。さらに、各検知領域Ｒ１〜Ｒ９の各々が複数の検知画素を有している。このため、各検知領域への放射線の入射量を複数の画素を用いて算出することができる。また、検知画素２は撮像用画素と信号線が共通である。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。さらに、検知用変換素子６は第二のスイッチ素子７を介して信号線１０に接続されている。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。

（第三の実施形態）
次に、図７を用いて本実施形態における放射線撮像装置の動作について説明する。本実施形態の動作は、先述した、第一および第二の実施形態のいずれの放射線撮像装置においても適用可能である。本実施形態と第一の実施形態との動作上の主な差異は、信号線のサンプルホールド及び配線リセットを検知画素への駆動電圧がオン電圧の印加中に行う点である。以下、図７を用いて詳細な動作について説明する。なお、放射線撮像装置の構成については、前述のいずれであっても適用可能である。

図７中のＴ１の期間は、第一の実施形態と同様に放射線曝射前の準備期間である。第一の実施形態と異なる点は、放射線源と放射線撮像装置が同期しており、放射線の曝射タイミングを取得できる例を示す。この場合、駆動部５２は、各検知画素に対して、定期的に定電位にリセットする駆動を行う。そして、放射線を曝射する情報が放射線源から伝達された場合、図３のＴ２の区間に遷移する。なお、本実施形態において、Ｔ１の期間の動作はこれに限定されるものでなく、第一の実施形態と同様の動作であってもよい。

図７中のＴ２の期間は、放射線が曝射されている期間である。この期間中は、第一の実施形態と同様、Ｖｇ１〜Ｖｇ９にはＶｏｆｆが印加され、第一のスイッチ素子５は非導通状態となっている。

次にＴ２の期間である。制御部５５は、段階的に変化させる各電圧の状態でリセット動作とサンプルホールド動作の両方を行うように各部を制御する。そのため、第一の実施形態と比較して、制御部５５が読出部５１に対して各オン電圧でサンプルホールドを行うように制御することで、サンプルホールド回路に一度に大きな電流が流れることを抑制し得る。オン電圧毎に読み出した積算量に基づいて加算、平均等の処理を行うことで各検知画素に到達した放射線量を取得し得る。すなわち、読出部５１が、Ｔ２の期間に、検知画素２に接続された信号線に現れる信号を複数回読み出しているともいえる。これらの動作をＴ２の期間において繰り返し行う。ところで、読出部５１が検知画素２から発生する信号も分割して読出したい場合おいても上述の動作は有効である。このように、駆動部５２が、第二の制御線９に電圧を段階的に印加し、検知画素２からの信号が段階的に取得することができるため、サンプルホールド回路のダイナミックレンジが飽和することを抑制し得る。

また、同じ検知信号線に接続された検知画素に対して同時に電圧を印加する駆動にすると、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のそれぞれの検知領域からの信号が混在し、検知領域毎の信号量が正しく取得されない場合がある。そのため、これを回避するため、制御部５５は、駆動部５２に対して図７のようにＶｄ１、Ｖｄ２に電圧を印加するタイミングとＶｄ３、Ｖｄ４に電圧を印加するタイミングが重複しないように駆動を行う。そして、制御部５５は、図７に示すように、駆動部５２を制御することにより検知領域内の検知画素２からの信号を重複するタイミングで読み出すこともできる。この場合には、上述した電位変動の影響がより大きくなり得る。そのため、各実施形態で示す動作による電位変動の抑制効果がより大きくなり得る。また、図７のように、駆動部５２は、制御部５５からの制御により、Ｖｄ１、Ｖｄ２へ電圧を同時に印加するように制御される。このように、制御部５５は、複数の検知領域Ｒ１〜Ｒ３への放射線の入射量を取得する場合に、複数の検知領域の夫々に配置された複数の検知画素２を同時に駆動するように制御している。このことにより、複数の検知画素２から取得する信号量を加算又は平均することにより、信号量を増加させ、放射線の入射量の取得値の精度が向上をはかることができる。

なお、図７中の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。

以上の本実施形態の構成において、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１０を参照しながら、放射線撮像装置２００を放射線検知システムに応用した例を説明する。

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
５２ 駆動部
５５ 制御部
２００ 放射線撮像装置

Claims (15)

1. 放射線画像の取得のための撮像画素と、検知用変換素子からの信号を出力するための検知用スイッチ素子を有し、放射線の入射を検知する検知画素と、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の制御電極に電気的に接続された制御線と、
   前記制御線に電気的に接続された駆動部と、を有し、
   前記駆動部は、前記検知用スイッチ素子を非導通状態にするオフ電圧と導通状態にするオン電圧との間で電圧を段階的に変化させることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記電圧を段階的に変化させるように前記駆動部を制御する制御部を更に有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. 前記駆動部は、前記電圧の波形を階段状に変化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. 前記制御部は、前記電圧が３つ以上の状態にな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２に記載の放射線撮像装置。
5. 前記駆動部は、前記オン電圧として、第一のオン電圧と、前記第一のオン電圧よりも前記オフ電圧との差が大きい第二のオン電圧と、を前記検知用スイッチ素子に印加することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記検知用スイッチ素子に電気的に接続された信号線を更に有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記制御線と前記信号線との間の容量に基づいて前記オン電圧の大きさが規定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. 前記信号線に現れる信号を読み出す読出部を更に有し、
   前記制御部は、前記駆動部が前記オン電圧を印加している期間に、前記オン電圧が印加される検知画素に接続された信号線に現れる信号を読み出させるように前記読出部を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の放射線撮像装置。
9. 前記読出部はサンプルホールド回路を有し、前記制御部からの制御に基づいてサンプルホールドを行うことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記読出部は、前記期間に、前記検知画素に接続された信号線に現れる信号を複数回読み出し、
    前記制御部は、前記読み出した信号を積算した信号に基づいて放射線の入射量を取得することを特徴とする請求項８又は９に記載の放射線撮像装置。
11. 夫々に複数の前記検知画素が配置された複数の検知領域を更に有し、
    前記駆動部は、前記複数の検知領域の夫々に配置された複数の検知画素を同時に駆動するように電圧を出力し、
    前記制御部は、前記複数の検知領域における検知領域毎に放射線の入射量を取得することを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記検知画素は、撮像用変換素子と前記撮像用変換素子からの信号を出力する撮像用スイッチ素子とを更に有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記撮像画素と前記検知画素は夫々異なる信号線に接続されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 放射線を発生する放射線源と、
    請求項１から１３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。
15. 放射線画像の取得のための撮像画素と、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有する検知画素と、前記検知用スイッチ素子の制御電極に接続された制御線と、前記制御線に電気的に接続された駆動部と、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記駆動部が、前記検知用スイッチ素子を非導通状態にするオフ電圧を前記制御線に印加する工程と、
    前記駆動部が、前記オフ電圧と前記検知用スイッチ素子を導通状態にするオン電圧との間で段階的に変化する電圧を前記制御線に印加する工程と、
    を含むことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。

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