JP6572025B2 - 放射線撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置及びその制御方法に関する。

放射線撮像装置は、例えば、複数の行および複数の列を形成するように配列された複数のセンサと、各センサを行単位で駆動する駆動部と、該駆動された各センサから信号を読み出す読出部とを備える。

特許文献１には、放射線撮像装置において、複数のセンサのうちの一部からの信号に基づいて放射線の照射の開始を検知し、また、該一部からの信号に基づいて放射線の照射の終了を検知することが記載されている。特許文献１によると、放射線の照射の開始の検知精度を向上させるため、読出部の動作モードを信号増幅率が大きいモードに維持しながら上記一部のセンサから信号を読み出す。そして、放射線の照射の開始が検知された後、読出部の動作モードを信号増幅率が小さいモードに変更し、上記一部のセンサから読み出される信号が飽和するのを防止する。

放射線撮像装置のなかには、放射線の照射量をモニタして該照射量が目標値に達した場合に放射線の照射を終了させる（例えば、放射線の照射を停止させるための信号を放射線源に対して出力する）ものがある。この動作は、自動露光制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＥＣ））と称され、これによって例えば放射線の過剰照射を防ぐことができる。

特許文献２には、一部のセンサを放射線の照射量をモニタするためのモニタ用センサとして用い、放射線の照射が開始された後、モニタ用センサの信号をモニタし、そのモニタ結果に基づいて放射線の照射を終了させることが記載されている。また、特許文献２には、モニタ用センサの信号のモニタを２回以上行い、それらのタイミングおよびそれらのモニタ結果に基づいて、放射線の照射の終了のタイミングを決定することが記載されている。

特開２０１３−９８７９６号公報 特開２０１０−７５５５６号公報

一般に、放射線の強度が比較的大きい（又は、小さい）場合には、放射線の照射量が目標値に達するまでの時間は短くなる（又は、長くなる）と考えられ、任意の強度の放射線に対するＡＥＣが放射線撮像装置において適切に為されることが求められうる。しかしながら、放射線の強度が想定値よりも大きい場合や読出部の信号増幅率が適切に設定されていない場合には、読出部の出力値が飽和してしまう可能性がある（出力ダイナミックレンジを超えてしまう可能性がある。）。

特許文献２のＡＥＣの方法によると、読出部の出力値（モニタ結果）が飽和した場合には放射線の照射を適切に終了させることができず、又は、該終了のタイミングを適切に決定することができず、その結果、ＡＥＣの精度が低下してしまう。また、ＡＥＣを行っている間に、特許文献１の方法にしたがって読出部の信号増幅率を変更すると、該変更によって読出部の出力値が変わってしまう。そのため、特許文献１の方法によっても、放射線の照射を適切に終了させることができず、又は、該終了のタイミングを適切に決定することができず、その結果、ＡＥＣの精度が低下してしまう。

本願発明は、発明者による上記課題の認識を契機として為されたものであり、ＡＥＣを高精度化するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、基板上に配列された複数のセンサと、駆動部と、読出部と、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、前記複数のセンサに対する放射線の照射が開始された後、前記複数のセンサのうちの一部を前記駆動部により駆動しながら該駆動された前記一部のセンサから前記読出部により信号を読み出す第１制御と、前記第１制御での前記読出部の出力に基づいて算出された演算値が基準値に達したことに応じて、前記放射線の照射を終了させるための制御信号を出力する第２制御と、を行い、前記読出部は、信号増幅率が互いに異なる複数のモードを動作モードとして含み、前記制御部は、前記第１制御では、前記読出部の出力の値が飽和しないように前記読出部の動作モードを変更しながら前記一部のセンサから信号を読み出し、前記第２制御では、前記読出部の出力を前記読出部の前記信号増幅率を考慮しながら積算することにより、放射線の照射量を示す値として前記演算値を算出することを特徴とする。

本発明によれば、ＡＥＣを高精度化することができる。

撮像システムの構成例を説明するための図である。 放射線撮像装置の構成例を説明するための図である。 ＡＥＣのタイミングチャートの参考例を説明するための図である。 モニタ用センサから読み出した信号に含まれるクロストーク成分を説明するための図である。 読出部の構成例を説明するための図である。 ＡＥＣのフローチャートの例を説明するための図である。 ＡＥＣのタイミングチャートの例を説明するための図である。

図１は、放射線撮影を行うための撮像システムＳＹＳの構成例を示している。撮像システムＳＹＳは、例えば、放射線撮像装置１００と、プロセッサ２００と、放射線制御部３００と、放射線源４００とを具備する。プロセッサ２００は、例えば、端末２１０を介してユーザにより入力された撮影条件に基づいて、放射線撮像装置１００および放射線制御部３００を制御する。放射線制御部３００は、プロセッサ２００からの信号に基づいて放射線源４００を駆動し、該駆動された放射線源４００は放射線（Ｘ線、α線、β線等）を発生する。放射線は、不図示の被検体を透過し、該被検体の情報を含む放射線は放射線撮像装置１００により検出される。放射線撮像装置１００は、該検出された放射線に基づいて画像データを生成し、該画像データをプロセッサ２００に出力する。プロセッサ２００は、該画像データに基づく放射線画像をディスプレイ等の表示部２２０に出力する。

放射線撮像装置１００は、例えば、センサアレイ１１０と、駆動部１２０と、読出部１３０と、処理部１４０と、保持部１５０と、通信部１６０と、制御部１７０と、電力供給部１８０とを備える。

センサアレイ１１０は、基板上に複数の行および複数の列を形成するように配列された複数のセンサを含む。センサは、放射線を検出するための検出素子を含み、例えば、ガラス基板等の絶縁性の基板の上にアモルファスシリコンで形成された光電変換素子（ＰＩＮフォトダイオード、ＭＩＳセンサ等）を含みうる。この場合、センサアレイ１１０の放射線の照射面の側には、放射線を光に変換するシンチレータが配されうる。

駆動部１２０は、センサアレイ１１０の各センサを行単位で駆動する。駆動部１２０は、例えばシフトレジスタ等を用いて構成された走査回路を含み、各行のセンサを順番に選択しながら駆動する。読出部１３０は、駆動部１２０により駆動された複数のセンサのそれぞれから信号を読み出す。該信号の値は、対応センサで検出された放射線量に従い、本例ではシンチレータから対応センサに入射した光量に従う。

処理部１４０は、例えば、ＡＳＩＣ等の集積回路で構成され、読出部１３０により読み出された信号に基づいて画像データを生成し、また、該画像データに対して例えば補正処理等のデータ処理を行う。保持部１５０は、画像データを保持するためのメモリであり、例えば、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリが用いられるが、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、その他の公知の記憶手段が用いられてもよい。通信部１６０は、プロセッサ２００との間で信号ないしデータの授受を行うための外部インターフェースであり、有線の通信手段が用いられてもよいし、無線の通信手段が用いられてもよい。通信部１６０は、不図示の他のユニットとの間で信号ないしデータの授受を行ってもよい。

制御部１７０は、放射線撮影が適切に為されるように、放射線撮像装置１００を構成する上記各ユニットの動作を制御し、例えばクロック信号等の基準信号を用いて上記各ユニットの同期制御を行う。電力供給部１８０は、上記各ユニットが適切に動作するための電力を上記各ユニットにそれぞれ供給する。例えば、電力供給部１８０は、外部電力に基づいて１以上の電圧を生成し、該生成された電圧を対応ユニットに供給する。

放射線撮像装置１００は、放射線の照射の開始を検知して放射線撮影を開始する。例えば、放射線制御部３００には曝射スイッチ（不図示）が接続されており、ユーザが該曝射スイッチを押したことに応じて、放射線の照射の開始を示す信号が放射線撮像装置１００に供給される。放射線撮像装置１００は、該照射の開始を示す信号を受けて、所定の動作を行った後に該照射の開始許可ないし開始要求を示す曝射許可信号を放射線制御部３００に出力する。放射線制御部３００は、該曝射許可信号を受けて放射線源４００を駆動する。なお、放射線の照射の開始の放射線撮像装置１００における検知方法は、上述の例に限られるものではない。例えば、該照射の開始を検知するための専用センサが放射線撮像装置１００に設けられてもよいし、又は、放射線撮像装置１００はそれ自身で該照射の開始を検知するための他の公知の構成をとってもよい。

撮像システムＳＹＳの構成および放射線撮像装置１００の構成は、上述の例に限られるものではなく、上記各ユニットの構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、あるユニットの一部の機能は他のユニットによって達成されてもよいし、２以上のユニットの各機能は１つのユニットによって達成されてもよい。例えば、処理部１４０の一部の機能は、プロセッサ２００により実現されてもよいし、処理部１４０およびプロセッサ２００は単一のユニットで構成されてもよい。

図２は、センサアレイ１１０および読出部１３０の構成例を示している。センサアレイ１１０は、本例では、Ｍ行およびＮ列を形成するように配列された複数のセンサＰＸ（ＰＸ＿１１、ＰＸ＿１２、・・・、ＰＸ＿ＭＮ）を含む。センサＰＸは「画素」と称されてもよい。

例えば、第１行かつ第１列に位置するセンサＰＸ＿１１は、光電変換素子Ｓと薄膜トランジスタＷとを含む。例えば、光電変換素子Ｓの一方の端子は、薄膜トランジスタＷに接続され、光電変換素子Ｓの他方の端子は、電力供給部１８０から受けた基準電圧ＶＳを伝搬する電源線に接続される。薄膜トランジスタＷは、駆動部１２０から信号線Ｇ１を介して受けた信号に応答して、導通状態又は非導通状態になる。薄膜トランジスタＷが非導通状態の間、光電変換素子Ｓでは電荷が蓄積され、薄膜トランジスタＷが導通状態になると、該蓄積された電荷の量に応じた信号が、対応する列信号線Ｌ１を介して読出部１３０に転送される。他のセンサＰＸ＿１２、・・・、ＰＸ＿ＭＮについても同様である。

読出部１３０は、例えば、信号増幅部１３１と、サンプリング部１３２と、走査回路１３３と、出力部１３４とを含む。信号増幅部１３１は、各列に対応するように配され、対応するセンサＰＸからの信号を増幅する。信号増幅部１３１は、例えば、積分増幅器、可変増幅器、その他の公知の信号増幅回路を含みうる。サンプリング部１３２は、各列に対応するように配され、対応する信号増幅部１３１からの信号をサンプリングする。サンプリング部１３２は、例えば、スイッチ素子と容量とを含み、また、該サンプリングされた信号を増幅するためのバッファアンプをさらに含んでもよい。走査回路１３３は、例えばシフトレジスタ等を用いて構成され、各列に対応するサンプリング部１３２に制御信号を供給する。サンプリング部１３２は、走査回路１３３からの制御信号に応答して、該サンプリングされた信号を出力部１３４に転送する。出力部１３４は、該サンプリングされた信号を外部ユニット（例えば処理部１４０）に出力するための出力回路を含み、例えば、バッファアンプ、アナログデジタルコンバータ等を含みうる。

このようにして読出部１３０により読み出された複数のセンサＰＸのそれぞれから信号は、例えば、処理部１４０により１フレーム分の画像データとして処理される。即ち、複数のセンサＰＸのそれぞれからの１回の信号読出により、１フレーム分の画像データが得られる。

ここで、図３を参照しながら放射線撮像装置１００におけるＡＥＣ（自動露光制御）の参考例を述べる。図３は、ＡＥＣのタイミングチャートを示している。図中の横軸は時間軸を示す。図中の縦軸には、曝射スイッチ、動作、曝射許可信号、放射線の強度、Ｖ＿Ｇ１等（Ｖ＿Ｇ１、Ｖ＿Ｇ２、・・・、Ｖ＿ＧＭ）、ＡＤＣ＿ＣＬＫ、モニタ値ａ、および、演算値Ｄａを示す。

図中の「曝射スイッチ」は、放射線制御部３００に接続された曝射スイッチ（不図示）からの信号を示す。図中において、Ｌレベルは曝射スイッチが押されていないことを示し、Ｈレベルは曝射スイッチが押されたことを示す。

図中の「動作」は、放射線撮影を行う際に放射線撮像装置１００において為される各動作を示し、放射線撮像装置１００の動作モード又は状態に対応する。詳細は後述するが、まず、初期化動作ＯＰ１が為されており、曝射スイッチが押されたことに応答して初期化動作ＯＰ１が中止され、オフセット信号取得動作ＯＰ２が為される。次に、放射線の照射の開始と共に蓄積／モニタ動作ＯＰ３が為され、その後、該放射線の照射の終了に応じて蓄積／モニタ動作ＯＰ３が中止され、読出動作ＯＰ４が為される。

図中の「曝射許可信号」は、放射線撮像装置１００から放射線制御部３００に出力される信号であって、放射線の照射の開始許可ないし開始要求を示す信号である。放射線制御部３００は、放射線撮像装置１００から曝射許可信号を受けて、放射線源４００を駆動して放射線の照射を開始させる。図中において、Ｌレベルは放射線の照射の開始を許可（要求）していない状態を示し、Ｈレベルは該照射の開始を許可している状態を示す。

図中の「放射線の強度」は、放射線の照射強度または照射レートを示す。即ち、放射線の強度は、単位時間あたりの放射線の照射量を示しており、放射線の強度を時間積分した結果が放射線の照射量となる。図中において、Ｌレベルは放射線が照射されていない状態を示し、Ｈレベル（及び、ＬレベルからＨレベルになる途中のレベル）は放射線が照射されている状態を示す。

図中の「Ｖ＿Ｇ１」は、信号線Ｇ１（図２参照）を伝搬する制御信号であり、信号Ｖ＿Ｇ１が活性化されると、第１行のセンサＰＸ＿１１〜ＰＸ＿１Ｎのそれぞれは駆動される。即ち、信号Ｖ＿Ｇ１がＨレベルになると、第１行のセンサＰＸ＿１１〜ＰＸ＿１Ｎにおいて、トランジスタＷが導通状態になり、光電変換素子Ｓの信号が列信号線Ｌ１等を介して読出部１３０に転送される。他の信号Ｖ＿Ｇ２〜Ｖ＿ＧＭについても同様である。

図中の「ＡＤＣ＿ＣＬＫ」は、各センサＰＸからの信号のアナログデジタル変換に用いられるクロック信号を示す。クロック信号ＡＤＣ＿ＣＬＫは、例えば、出力部１３４に含まれるアナログデジタルコンバータに供給される。図中の「モニタ値ａ」は、蓄積／モニタ動作ＯＰ３における読出部１３０の出力を示し、本例では、上記アナログデジタル変換されたデジタル値に対応する数値をモニタ値ａとして示す。なお、モニタ値ａは、初期化動作ＯＰ１及び読出動作ＯＰ４における読出部１３０の出力を含まない。図中の「演算値Ｄａ」は、モニタ値ａを累積加算することにより得られた値であり、「積算値」、「積分値」等と称されてもよい。

まず、放射線の照射の開始前かつ曝射スイッチが押される前において、初期化動作ＯＰ１が為される。初期化動作ＯＰ１は、例えば、列信号線Ｌ１〜ＬＮが定電位に固定された状態で信号Ｖ＿Ｇ１、Ｖ＿Ｇ２、・・・、Ｖ＿ＧＭをこの順に活性化し（薄膜トランジスタＷを導通状態にし）、該活性化を繰り返し行うことによって為されうる。これにより、基板の暗電流に起因する電荷が各光電変換素子Ｓから除去され、各光電変換素子Ｓの電位が初期化される。なお、初期化の方法ないし初期化するための構成は上述の例に限られるものではなく、各センサＰＸにリセットトランジスタが設けられてもよいし、他の公知の初期化手段が用いられてもよい。

次に、曝射スイッチが押されたことに応答して、初期化動作ＯＰ１が終了され、オフセット信号取得動作ＯＰ２が開始される。オフセット信号取得動作ＯＰ２は、センサアレイ１１０に対して放射線が照射されていない状態の下で、複数のセンサＰＸのうちの一部から信号を読み出すことによって為される。具体的には、ｍを１からＭまでの任意の整数として、信号Ｖ＿Ｇｍを活性化して第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれを駆動する。これにより第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれから読出部１３０により読み出された信号は、後述の蓄積／モニタ動作ＯＰ３で読み出されるモニタ値ａに対してオフセット補正を行う際に用いられうる。

オフセット信号取得動作ＯＰ２の終了後、放射線制御部３００に曝射許可信号が出力されると共に、蓄積／モニタ動作ＯＰ３が開始される。蓄積／モニタ動作ＯＰ３では、複数のセンサＰＸにおいて電荷が蓄積されると共に、複数のセンサＰＸのうちの一部から所定周期で信号を読み出すことによって該一部での蓄積電荷量がモニタされる。具体的には、信号Ｖ＿Ｇｍを所定周期で活性化して第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれを駆動する。該駆動された第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれからの信号は、読出部１３０により、上記モニタ値ａとして読み出される。

即ち、第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれは、蓄積／モニタ動作ＯＰ３では、放射線の照射量またはその経時的変化をモニタするためのモニタ用センサとして機能すると表現してもよい。なお、上記モニタ値ａは、本構成例では、該モニタ用センサの信号が、信号増幅部１３１により増幅され、サンプリング部１３２によりサンプリングされ、出力部１３４により出力されたものであるが、該モニタ用センサの信号の値に対応するものであればよい。

その後、モニタ値ａの累積加算値である演算値Ｄａが基準値Ｄ_ＴＨ（ここで、基準値Ｄ_ＴＨは、放射線の照射量の目標値、許容値、上限値等に対応する値であり、例えば、ユーザにより予め設定されればよい。）に達したことに応じて、前述の曝射許可信号を、放射線の照射を終了させる論理レベルにする。このようにしてＡＥＣが為され、放射線の照射が停止される。

また、演算値Ｄａが基準値Ｄ_ＴＨに達したことに応じて、蓄積／モニタ動作ＯＰ３が終了され、読出動作ＯＰ４が開始される。読出動作ＯＰ４では、信号Ｖ＿Ｇ１、Ｖ＿Ｇ２、・・・、Ｖ＿ＧＭをこの順に活性化し（薄膜トランジスタＷを導通状態にし）、読出部１３０により複数のセンサＰＸから信号を読み出す。処理部１４０は、該読み出された信号に基づいて画像データを生成する。

なお、信号Ｖ＿Ｇ１等について、初期化動作ＯＰ１でのパルス幅と、蓄積／モニタ動作ＯＰ３でのパルス幅と、読出動作ＯＰ４でのパルス幅とは、互いに異なっていてもよいが、互いに等しくてもよく、又は、それらの一部が互いに等しくてもよい。

読出動作ＯＰ４で第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれから読み出された信号は、蓄積／モニタ動作ＯＰ３においてモニタ値ａとして信号が読み出されたことにより、信号成分の一部を失っていることになる。そこで、読出動作ＯＰ４で第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれから読み出された信号に、モニタ値ａの累積加算値である演算値Ｄａが加算されるとよい。他の例では、第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれから読み出された信号は、隣接行（第（ｍ−１）行及び／又は第（ｍ＋１）行）のセンサＰＸから読み出された信号に基づいて補正されてもよい。更に他の例では、第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれから読み出された信号は、該隣接行のセンサＰＸから読み出された信号により補完されてもよい。

ところで、蓄積／モニタ動作ＯＰ３においてモニタ用センサである第ｍ行のセンサＰＸ＿ｍ１〜ＰＸ＿ｍＮのそれぞれから信号を読み出す際、それ以外の行の各センサＰＸ（以下、「モニタ対象外のセンサ」という。）の薄膜トランジスタＷが非導通状態であるにも関わらず、該モニタ対象外のセンサＰＸからのノイズが列信号線Ｌ１等に混入しうる。即ち、モニタ対象外のセンサＰＸでは薄膜トランジスタＷは非導通状態であるため、該モニタ対象外のセンサＰＸの蓄積電荷量に応じた信号は、直接的には、対応する列信号線Ｌ１等に転送されない。しかし、該モニタ対象外のセンサＰＸでの電荷の蓄積に伴う光電変換素子Ｓの電位の変化が、該光電変換素子Ｓの電極と、対応する列信号線Ｌ１等との間に形成される容量性カップリングを介して、該対応する列信号線Ｌ１等にノイズとして伝搬してしまう。

上記ノイズは、「クロストーク」とも称されうる。一般に、上記モニタ対象外のセンサの数はモニタ用センサの数（モニタ対象となるセンサの数）に比べて多いため、モニタ用センサから信号を読み出す際、該信号には相当量のクロストークが混入しうる。特に、放射線の強度が大きくなると光電変換素子Ｓの電位の変化量も大きくなるため、放射線の強度が大きいほどクロストークは大きくなる。

図４は、モニタ用センサから読み出した信号に含まれるクロストーク成分を説明するための図である。横軸は、放射線の照射時間［ｍｓｅｃ］を示し、縦軸は、モニタ値または信号値を示す。

ここでは、放射線の照射量を一定値（例えば、１５０００［ＬＳＢ］）に固定した場合を考える。例えば、照射時間１［ｍｓｅｃ］については放射線の強度を１５０００［ＬＳＢ／ｍｓｅｃ］とする。例えば、照射時間１０［ｍｓｅｃ］については放射線の強度を１５００［ＬＳＢ／ｍｓｅｃ］とする。例えば、照射時間１００［ｍｓｅｃ］については放射線の強度を１５０［ＬＳＢ／ｍｓｅｃ］とする。図中において、読出動作ＯＰ４において単位センサＰＸから読み出された信号値ＳＳは、いずれの照射時間においても、１５０００［ＬＳＢ］相当の値を示す。

上記条件における単位列あたりのモニタ値（蓄積／モニタ動作ＯＰ３において１つの列信号線を介して読み出された信号値）を「モニタ値Ｓ０」としたとき、図中のクロストーク成分ＳＣは、該モニタ値Ｓ０に含まれるクロストーク成分を示す。図中の信号成分ＳＡは、該モニタ値Ｓ０からクロストーク成分ＳＣを差し引いた成分を示す（即ち、ＳＡ＝Ｓ０−ＳＣである。）。また、図中の出力飽和値Ｓ_ＳＡＴは、読出部１３０の出力飽和値（具体的には、例えば、信号増幅部１３１、サンプリング部１３２または出力部１３４の出力値の上限）を示す。出力飽和値Ｓ_ＳＡＴは約４００００［ＬＳＢ］相当とする。

図４によると、照射時間を短くすると（放射線の強度を大きくすると）信号成分ＳＡは大きくなり、照射時間を長くすると（放射線の強度を小さくすると）信号成分ＳＡは小さくなる。また、信号成分ＳＡ同様、照射時間を短くすると（放射線の強度を大きくすると）クロストーク成分ＳＣは大きくなり、照射時間を長くすると（放射線の強度を小さくすると）クロストーク成分ＳＣは小さくなる。図４によると、信号成分ＳＡは、クロストーク成分ＳＣに比べて２桁も小さい。

信号成分ＳＡは、モニタ値Ｓ０からクロストーク成分ＳＣを減算することにより得られる。クロストーク成分ＳＣは、例えば前述の参考例（図３参照）では、蓄積／モニタ動作ＯＰ３において、モニタ値ａの各読み出しの間における読出部１３０の出力から得られうる。即ち、あるタイミングで為されたモニタ値ａの読み出しと、その次のタイミングで為されたモニタ値ａの読み出しとの間（モニタ用センサの薄膜トランジスタＷが非導通状態になっている間）における読出部１３０の出力を、クロストーク成分ＳＣとすればよい。これにより、該読出部１３０の出力を、列信号線Ｌ１等に混入したクロストーク成分が少なくとも消失していない状態で、クロストーク成分ＳＣとして取得することができる。好適には、モニタ値ａの読み出しの実質的に直後における読出部１３０の出力を、クロストーク成分ＳＣとするとよい。これにより、該読出部１３０の出力を、列信号線Ｌ１等にクロストーク成分が混入した直後の状態と略等しい状態または少なくともそれに近い状態で、クロストーク成分ＳＣとして取得することができる。そのため、信号成分ＳＡを高い精度で算出することができる。クロストーク成分ＳＣは、上述の方法により測定されてもよいが、撮影条件ごとに（例えば、照射時間ごとに又は放射線の強度ごとに）予め取得されてもよいし、センサアレイ１１０の回路構成ないしその構造に基づいて算出されてもよい。

ここで、例えば、照射時間が図中のＴ１より短い場合、即ち、モニタ値Ｓ０＝ＳＡ＋ＳＣが出力飽和値Ｓ_ＳＡＴよりも大きくなる場合、出力飽和値Ｓ_ＳＡＴを超えた量に相当する信号（Ｓ０−Ｓ_ＳＡＴ）が失われてしまう。そのため、この場合、上述の方法により信号成分ＳＡを適切に算出することができなくなるため、ＡＥＣの精度が低下してしまう。以下、図５〜７を参照しながら、ＡＥＣの高精度化に有利なＡＥＣの例を述べる。

図５は、読出部１３０における信号増幅部１３１、サンプリング部１３２および出力部１３４のそれぞれの具体的な構成例を説明するための図である。

信号増幅部１３１は、例えば、差動増幅器Ａ１、フィードバック容量Ｃ＿ＦＢ１〜Ｃ＿ＦＢ３、並びに、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３及びＳＷ＿ＲＥＳを含む。差動増幅器Ａ１の非反転入力端子（図中の「＋」端子）には、例えば、定電圧ＶＲＥＦ（基準電圧ないし参照電圧）が供給される。フィードバック容量Ｃ＿ＦＢ１およびスイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１は、差動増幅器Ａ１の反転入力端子（図中の「−」端子）と出力端子とを接続する第１経路に直列に配される。フィードバック容量Ｃ＿ＦＢ２およびスイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ２は、差動増幅器Ａ１の反転入力端子と出力端子とを接続する第２経路に直列に配される。フィードバック容量Ｃ＿ＦＢ３およびスイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ３は、差動増幅器Ａ１の反転入力端子と出力端子とを接続する第３経路に直列に配される。また、スイッチ素子ＳＷ＿ＲＥＳは、差動増幅器Ａ１の反転入力端子と出力端子とを接続する第４経路に直列に配される。なお、上記第１経路から第４経路は互いに並列の関係である。

信号増幅部１３１は、信号増幅率（ゲイン）が互いに異なる複数の動作モードを含んでおり、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３を制御することによって信号増幅率を変更することができる。例えば、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３のうち、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１を導通状態にした場合、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ２を導通状態にした場合、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ３を導通状態にした場合の順に、信号増幅部１３１の信号増幅率が大きくなる。また、スイッチ素子ＳＷ＿ＲＥＳを導通状態にすることにより信号増幅部１３１を初期化することができる。

なお、ここでは、３つの信号増幅率のうちの１つを選択する例を示したが、選択することができる信号増幅率の数は２でもよいし４以上でもよい。また、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３のうちの２以上を選択的に導通状態にすることにより他の信号増幅率が設定されてもよい。

サンプリング部１３２は、例えば、抵抗素子Ｒ０、サンプリング用のスイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ１及びＳＷ＿ＳＨ２、サンプリング容量Ｃ＿ＳＨ１及びＣ＿ＳＨ２、並びに、マルチプレクサＭＵＸを含む。抵抗素子Ｒ０は、高周波数成分の信号（ノイズ）を遮断するためのローパスフィルタの一部を形成する。スイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ１は、抵抗素子Ｒ０とサンプリング容量Ｃ＿ＳＨ１とを接続している。スイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ１及び容量Ｃ＿ＳＨ１は、信号増幅部１３１からの信号（信号成分に相当する信号（Ｓ信号））をサンプリングする。具体的には、スイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ１が導通状態になることによって信号増幅部１３１からの信号に応じた電圧がサンプリング容量Ｃ＿ＳＨ１に充電される。そして、その後、スイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ１が非導通状態になることによって該電圧がサンプリング容量Ｃ＿ＳＨ１に固定される。スイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ２及び容量Ｃ＿ＳＨ２は、スイッチ素子ＳＷ＿ＳＨ１及び容量Ｃ＿ＳＨ１と同様の動作を行い、信号増幅部１３１からの信号（ノイズ成分に相当する信号（Ｎ信号））をサンプリングする。マルチプレクサＭＵＸは、走査回路１３３からの制御信号に基づいて、上記サンプリングされた信号を出力部１３４に転送する。

出力部１３４は、差動増幅器Ａ２およびアナログデジタルコンバータＡＤＣを含む。差動増幅器Ａ２は、マルチプレクサＭＵＸにより転送されたＳ信号とＮ信号との差分を増幅する。アナログデジタルコンバータＡＤＣは、差動増幅器Ａ２からの信号を、前述のクロック信号ＡＤＣ＿ＣＬＫに基づいてアナログデジタル変換する。

図６は、蓄積／モニタ動作ＯＰ３におけるＡＥＣのフローチャートの一例を示している。ステップＳ１００（以下、単に「Ｓ１００」と示す。他のステップについても同様である。）では、放射線の照射の開始を要求し、即ち、放射線制御部３００に出力する曝射許可信号をＨレベルにする。

Ｓ１１０では、モニタ値ａが基準値Ａ１に達しているか否かを判定し、ａ≧Ａ１であればＳ１１５に進み、ａ＜Ａ１であればＳ１２０に進む。基準値Ａ１は、図４を参照しながら述べた出力飽和値Ｓ_ＳＡＴに対応する。Ｓ１１５では、図５を参照しながら述べたスイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３を制御することにより、信号増幅部１３１の信号増幅率を１段階下げ、Ｓ１１０に戻る。Ｓ１１５では、更に、モニタ値ａが飽和したことをユーザに対して通知してもよい。Ｓ１１０及びＳ１１５の工程により、モニタ値ａが飽和しないようにする。

信号増幅部１３１の信号増幅率を変更する際、モニタ値ａの累積加算値である演算値Ｄａは、該変更された信号増幅率に基づいて補正されうる。信号増幅率を変更すると、その後、それまでとは異なる信号増幅率で増幅された信号値が、それまでに得られた演算値Ｄａに累積加算されることになる。そこで、信号増幅率の変更前までに得られた演算値Ｄａは、例えば、変更前の信号増幅率と変更後の信号増幅率との比に基づいて補正されてもよい。このことは、後述の他のステップで信号増幅部１３１の信号増幅率が変更される際においても同様である。

Ｓ１２０では、モニタ値ａが基準値Ａ２（＜Ａ１）に達しているか否かを判定し、ａ≧Ａ２であればＳ１２５に進み、ａ＜Ａ２であればＳ１３０に進む。基準値Ａ２は、モニタ値ａが飽和する可能性がある第１の警告レベルを示す。Ｓ１２５では、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３を制御することにより、信号増幅部１３１の信号増幅率を１段階下げ、Ｓ１２０に戻る。Ｓ１２０及びＳ１２５の工程により、モニタ値ａが飽和する可能性を低減する。

例えば放射線の強度が比較的大きい場合、放射線の照射が開始されてから比較的短い時間で放射線の照射量がその目標値に達すると考えられるが、その一方で、該比較的短い時間においてモニタ値ａが飽和してしまう可能性がある。そのため、上記Ｓ１１０〜Ｓ１２５の工程により、放射線の照射を開始した直後およびその後の相当の期間にわたって信号増幅部１３１の信号増幅率は低く設定されるとよい。

Ｓ１３０では、放射線の強度が安定したか否か（定常状態になったか否か）を判定し、安定した場合にはＳ１４０に進み、安定していない場合にはＳ１２０に戻る。該判定は、モニタ値ａの変化量（具体的には、あるタイミングで為されたモニタによるモニタ値ａと、その次のタイミングで為されたモニタによるモニタ値ａとの差）が所定量よりも小さくなったか否かに基づいて為されてもよい。

Ｓ１４０では、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３を制御することにより、信号増幅部１３１の信号増幅率を１段階上げて、Ｓ１５０に進む。図４を参照しながら述べたとおり、信号成分ＳＡはクロストーク成分ＳＣに比べてかなり小さい。そのため、本工程により、信号増幅率を上げて信号成分ＳＡの検出精度を高くしてもよい。

Ｓ１５０では、モニタ値ａが基準値Ａ３（＜Ａ２）よりも低いか否かを判定し、ａ≧Ａ３であればＳ１６０に進み、ａ＜Ａ３であればＳ１５５に進む。基準値Ａ３は、例えば、モニタ値ａがノイズ成分よりも小さくなる可能性がある第２の警告レベルを示す。Ｓ１５５では、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３を制御することにより、信号増幅部１３１の信号増幅率を１段階上げ、Ｓ１５０に戻る。Ｓ１５０及びＳ１５５の工程により、ノイズ成分によってモニタ値ａが適切に得られないことを防ぎ、これによりＡＥＣの精度が低下することを防ぐ。

Ｓ１６０では、演算値Ｄａが基準値Ｄ_ＴＨに達したか否かを判定し、Ｄａ≧Ｄ_ＴＨであればＳ１７０に進み、Ｄａ＜Ｄ_ＴＨであればＳ１５０に戻る。本例において、基準値Ｄ_ＴＨは、例えば上述のＳ１１５、Ｓ１２５、Ｓ１４０及びＳ１５５で信号増幅部１３１の信号増幅率が変更された場合には、該変更された信号増幅率に基づいて変更され、又は、該変更された信号増幅率に応じた値に設定される。Ｓ１７０では、放射線の照射の終了ないし停止を要求し、即ち、放射線制御部３００に出力する曝射許可信号をＬレベルにする。

なお、本発明に係るＡＥＣは、上述のフローチャートの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその一部が変更されてもよく、例えば、上述のステップの一部が省略されてもよいし、又は、必要に応じて他のステップが追加されてもよい。

図７は、本発明に係るＡＥＣのタイミングチャートの一例を示している。本例は、信号増幅部１３１の信号増幅率をモニタ値ａが飽和しないように変更しながら蓄積／モニタ動作ＯＰ３を行う点で、参考例（図３参照）と異なる。

図中の「ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ１」〜「ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ３」は、スイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１〜ＳＷ＿ＦＢ３の制御信号にそれぞれ対応する。例えば、制御信号ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ１がＨレベルのときスイッチ素子ＳＷ＿ＦＢ１は導通状態となり、本例において信号増幅率が最も小さい第１の信号増幅率が設定される。制御信号ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ２がＨレベルのときには、上記第１の信号増幅率よりも大きい第２の信号増幅率が設定され、また、制御信号ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ３がＨレベルのときには、本例において信号増幅率が最も大きい第３の信号増幅率が設定される。図７によると、時刻ｔ７０〜ｔ７１では、制御信号ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ１をＨレベルにし、第１の信号増幅率が設定されている。時刻ｔ７１〜ｔ７２では、制御信号ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ２をＨレベルにし、第２の信号増幅率が設定されている。また、時刻ｔ７２〜ｔ７３では、制御信号ＣＮＴ＿ＧＡＩＮ３をＨレベルにし、第３の信号増幅率が設定されている。図７の例では、放射線の照射が開始された後、信号増幅率を徐々に大きくする態様が示されたが、図６のフローチャートの例に従って、必要に応じて信号増幅率は下げられてもよい。

信号増幅率が変更されたタイミングである時刻ｔ７１および時刻７２では、図７に示されるように、演算値Ｄａは該変更された信号増幅率に基づいて補正されうる。このことは、前述のとおり、信号増幅率を変更すると、その後、それまでとは異なる信号増幅率で増幅された信号値が、それまでに得られた演算値Ｄａに累積加算されることになるからである。

本例によると、信号増幅部１３１の信号増幅率をモニタ値ａが飽和しないように変更しながら蓄積／モニタ動作ＯＰ３を行う。信号増幅率を変更した際には、演算値Ｄａは該変更された信号増幅率に基づいて補正される。そのため、本例によると、演算値Ｄａと基準値Ｄ_ＴＨとの比較を適切に行うことができ、Ｄａ≧Ｄ_ＴＨになったことに応じて放射線の照射を適切に終了させることができる。よって、本例によるとＡＥＣの高精度化に有利である。

以上では、モニタ値ａの累積加算値である演算値Ｄａとして用いてＡＥＣを行う態様を考えたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその一部が変更されてもよく、例えば、モニタ値ａの一部のみを累積加算した結果を用いてＡＥＣを行ってもよい。具体的には、第ｍ行のセンサＰＸのうちの一部のみをモニタ用センサとして機能させてもよく、即ち、第ｍ行のセンサＰＸからの信号のうちの一部のみをモニタ値ａとして採用してもよい。他の例では、第ｍ行と他の行とを含む２行分以上のセンサＰＸをモニタ用センサとして機能させてＡＥＣを行ってもよい。また、他の例では、センサアレイ１１０上の領域のうち放射線が被検体を通過しないで入射する部分（又はその可能性が高い部分）、ユーザが関心を有する特定の部分等に対応する一部のセンサＰＸのみをモニタ用センサとして機能させてＡＥＣを行ってもよい。更に他の例では、モニタ値ａのうち信号成分ＳＡに相当する成分を算出し、該算出された成分を累積加算した結果を用いてＡＥＣを行ってもよい。或いは、これらの例を組み合わせてＡＥＣを行ってもよい。

また、以上では、蓄積／モニタ動作ＯＰ３におけるクロストークに着目したが、本発明は、その他の原因によって生じうる読出部１３０の出力の飽和を防ぎ、ＡＥＣを高精度化させることに適用されてもよい。

また、以上では、前述の参考例との比較のため、モニタ値ａの累積加算値である演算値Ｄａを用いて本発明の実施例を述べたが、より一般化された態様で実施されてもよい。即ち、演算値Ｄａは、放射線の照射量の目標値またはそれに対応する値と直接的に比較することが可能な値に換算されて算出されてもよい。この場合、演算値Ｄａは、モニタ値ａを信号増幅部１３１の信号増幅率に基づいて加重加算（重み付け加算）することにより得られ、該信号増幅率を考慮しながらモニタ値ａを積算することにより得られる。また、この場合、基準値Ｄ_ＴＨは、信号増幅率に関わらず所定値（放射線の照射量の目標値またはそれに対応する固定値）とされてもよい。

本発明は、以上で例示された幾つかの例およびそれらの変形例に限られるものではなく、本発明の趣旨に逸脱しない範囲でその一部が変更されてもよい。例えば、以上の各例では、放射線をシンチレータにより光に変換して該光をセンサにより電気信号に変換する所謂「間接変換型」の構成を参照したが、本発明は、放射線を直接的に電気信号に変換する所謂「直接変換型」の構成に適用されてもよい。

また、本発明は、上述の各例における１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、該システム又は装置のコンピュータにおける１以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理により実現されてもよい。例えば、本発明は、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によって実現されてもよい。

１００：放射線撮像装置、１１０：センサアレイ、ＰＸ：センサ、１２０：駆動部、Ｌ１〜ＬＮ：列信号線、１３０：読出部、１７０：制御部。

Claims (11)

1. 基板上に配列された複数のセンサと、駆動部と、読出部と、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、
   前記複数のセンサに対する放射線の照射が開始された後、前記複数のセンサのうちの一部を前記駆動部により駆動しながら該駆動された前記一部のセンサから前記読出部により信号を読み出す第１制御と、
   前記第１制御での前記読出部の出力に基づいて算出された演算値が基準値に達したことに応じて、前記放射線の照射を終了させるための制御信号を出力する第２制御と、
   を行い、
   前記読出部は、信号増幅率が互いに異なる複数のモードを動作モードとして含み、
   前記制御部は、
   前記第１制御では、前記読出部の出力の値が飽和しないように前記読出部の動作モードを変更しながら前記一部のセンサから信号を読み出し、
   前記第２制御では、前記読出部の出力を前記読出部の前記信号増幅率を考慮しながら積算することにより、放射線の照射量を示す値として前記演算値を算出する
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記制御部は、前記第２制御により前記放射線の照射が終了された後、前記複数のセンサから前記読出部により信号を読み出す第３制御を更に行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記制御部は、前記第１制御において、
   前記読出部の出力の値が第１基準値より大きいとき、そのときの前記読出部の信号増幅率よりも小さい信号増幅率になるように前記読出部の動作モードを変更し、
   前記読出部の出力の値が、前記第１基準値よりも小さい基準値である第２基準値より小さいとき、そのときの前記読出部の信号増幅率よりも大きい信号増幅率になるように前記読出部の動作モードを変更する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記制御部は、前記第１制御において、前記読出部の出力が定常状態になったとき、そのときの前記読出部の信号増幅率よりも大きい信号増幅率になるように前記読出部の動作モードを変更する
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記制御部は、前記第１制御において、前記読出部の出力の変化量が所定量よりも小さくなったとき、そのときの前記読出部の信号増幅率よりも大きい信号増幅率になるように前記読出部の動作モードを変更する
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記基準値は、前記放射線の照射量の目標値に対応する値である
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記複数のセンサは、複数の行および複数の列を形成するように配列されており、
   前記放射線撮像装置は、前記複数の列に対応する複数の列信号線をさらに備え、
   各列の各センサは、放射線を検出するための検出素子と、前記検出素子と該列に対応する列信号線とを接続するトランジスタとを含んでおり、
   前記駆動部は、前記複数のセンサを、それらのそれぞれに対応する前記トランジスタを導通状態にすることによって行単位で駆動する
   ことを特徴とする請求項１から請求項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、前記放射線の照射が開始された後、前記第１制御を、前記複数の行のうちの一部に配された各センサの前記トランジスタを所定周期で導通状態にすることによって行う
   ことを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
9. 前記読出部は、差動増幅器、前記差動増幅器の出力端子と一方の入力端子とを接続する第１経路に直列に配された第１容量および第１スイッチ素子、並びに、前記差動増幅器の前記出力端子と前記一方の入力端子とを接続する第２経路であって前記第１経路とは異なる第２経路に直列に配された第２容量および第２スイッチ素子を含んでおり、
   前記制御部は、前記第１スイッチ素子および前記第２スイッチ素子を制御して前記読出部の動作モードを変更する
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記制御部は、ユーザにより曝射スイッチが押されたことに応答して、前記放射線の照射を開始させるための第２制御信号を出力し、
    前記制御部は、
    前記曝射スイッチが押された後かつ前記第２制御信号を出力する前に、前記複数のセンサに放射線が照射されていない状態で、前記読出部により、前記一部のセンサから信号をオフセット信号として読み出し、
    前記第１制御では、前記一部のセンサから読み出された信号に対して前記オフセット信号を用いてオフセット補正を行う
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 基板上に配列された複数のセンサと、駆動部と、読出部とを備える放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記複数のセンサに対する放射線の照射が開始された後、前記複数のセンサのうちの一部を前記駆動部により駆動しながら該駆動された前記一部のセンサから前記読出部により信号を読み出す第１工程と、
    前記第１工程での前記読出部の出力に基づいて算出された演算値が基準値に達したことに応じて、前記放射線の照射を終了させるための制御信号を出力する第２工程と、
    を含み、
    前記読出部は、信号増幅率が互いに異なる複数のモードを動作モードとして含み、
    前記第１工程では、前記読出部の出力の値が飽和しないように前記読出部の動作モードを変更しながら前記一部のセンサから信号を読み出し、
    前記第２工程では、前記読出部の出力を前記読出部の前記信号増幅率を考慮しながら積算することにより、放射線の照射量を示す値として前記演算値を算出する
    ことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。

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