JP6573377B2 - 放射線撮像装置、その制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、その制御方法及びプログラムに関する。

放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が知られている。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断において、静止画や動画などのデジタル撮像装置として用いられうる。

ＦＰＤに用いられる放射線の検出方式として、積分型のセンサ及びフォトンカウンティング型のセンサがある。積分型のセンサは、放射線の入射により発生した電荷の総量を計測する。一方、フォトンカウンティング型のセンサは、入射した放射線のエネルギ（波長）を識別し、複数のエネルギレベルの各々について放射線の検出回数をカウントする。即ち、フォトンカウンティング型のセンサは、エネルギ分解能を有するため、積分型のセンサに比べて診断能力を向上させることができる。

特許文献１には、ＣｄＴｅを用いて放射線を各画素で直接検出する直接型のフォトカウンティング型のセンサが提案されている。また、特許文献２には、入射した放射線をシンチレータで光に変換し、放射線から変換された光を各画素で検出する間接型のフォトカウンティング型のセンサが提案されている。

特表２０１３−５０１２２６号公報 特開２００１−１９４４６０号公報

直接型のセンサに用いられるＣｄＴｅの単結晶は、数ｃｍ角程度にしか成長させることができない。そのため、直接型のセンサは、大面積化が困難であり、非常に高価となる。また、アモルファスＳｅを成膜することにより大面積の直接型のセンサを実現する方法もあるが、当該方法により作製されたセンサは、動作が遅く、温度管理が必要などの難点がある。

一方、間接型のセンサは、大面積化が容易であり安価となるという利点がある。しかしながら、シンチレータで変換された光を検出するセンサは、光だけでなく放射線に対しても感度を有するため、シンチレータを透過した一部の放射線を検出してしまう場合がある。センサの光検出器で放射線を直接検出した場合に発生する信号電荷は、シンチレータで変換された光を光検出器で検出した場合に発生する信号電荷よりも１０倍程度多い。放射線が直接入射した場合、光検出器で発生する信号電荷の量が多いため、信号電荷を受け電圧信号に変換する変換回路から出力される信号振幅が大きくなる。信号振幅が大きいため、変換回路の電圧信号が初期値に戻るまでの立下り時間が長くなる。大きな信号振幅の立下り時間中に光検出器で光を検出した場合、光検出器から入力し変換回路で変換された電圧信号は、大きな信号振幅の中に埋もれてしまう可能性がある。信号が埋もれてしまった場合、センサが光を検出できない可能性や放射線の有するエネルギの判別を誤る可能性があり、撮像画像の画質劣化の原因となりうる。

特許文献２には、信号振幅の大きさによって放射線を直接検出した信号と、シンチレータで変換された光を検出した信号とを弁別することが開示されている。しかし、放射線を検出した信号振幅の大きな信号の立下り期間中に光検出器で光を検出した場合、生成された信号が信号振幅の大きな信号の影響を受ける可能性について開示していない。

本発明は、間接型のフォトンカウンティング型のセンサにおいて、放射線が直接入射したことによって生成される信号の影響を抑制し、撮像画像の画質を向上するのに有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータと、光を検出するための光検出器を有する複数の画素が配されたセンサパネルと、処理部と、を含む放射線撮像装置であって、処理部は、入射した光及び光に変換されずにシンチレータを透過した放射線によって光検出器で発生した信号に応じて検出信号を出力する変換部と、検出信号の大きさに基づいて透過した放射線が光検出器で検出されたことを判定し、光検出器で透過した放射線が検出されたと判定した場合、変換部をリセットするリセット制御部と、を含むことを特徴とする。

上記手段により、間接型のフォトンカウンティング型のセンサにおいて、放射線が直接入射したことによって生成される信号の影響を抑制し、撮像画像の画質を向上するのに有利な技術が提供される。

本発明に係る放射線撮像装置の構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置のセンサパネルの構成を示す図。 図１の放射線撮像装置の画素の構成を示す図。 図１の放射線撮像装置の信号生成部の出力波形を示す図。 図１の放射線撮像装置のセンサパネルの照射期間と読出し期間とを示す図。 図１の放射線撮像装置の照射期間における各画素の動作を示す図。 図３の画素の構成の変形例を示す図。 図３の画素の構成の変形例を示す図。 図１の放射線撮像装置の読出し期間における各画素の動作を示す図。 本発明の第２実施形態に係る放射線撮像装置の画素の構成を示す図。

以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。なお、本発明における放射線には、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を有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の放射線撮像装置１００（又は、「放射線撮像システム」と称されてもよい。）について説明する。図１は、本実施形態の放射線撮像装置１００の構成例を示す。放射線撮像装置１００は、例えば、被検体に放射線を照射する照射部１０１と、照射部１０１を制御する照射制御部１０２と、放射線が照射された被検体を撮像する撮像部１０４と、プロセッサ１０３とを含む。照射制御部１０２及びプロセッサ１０３はそれぞれ、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータなどによって構成されうる。本実施形態において、照射制御部１０２及びプロセッサ１０３が別々に構成されているが、それに限られるものではなく、一体に構成されていてもよい。即ち、照射制御部１０２及びプロセッサ１０３が、それらの機能を有する１つのコンピュータで構成されていてもよい。

撮像部１０４は、例えば、入射した放射線を光に変換するシンチレータ１０５と、センサパネル１０６とを含む。センサパネル１０６には、例えば、シンチレータ１０５によって放射線から変換された光を各々が検出する複数の画素２０１が、複数の行及び複数の列を形成するように配列されている。詳細は後述するが、画素２０１は、フォトンカウンティング方式の放射線撮像を行うための構成を有し、光の検出結果に基づいて、入射する放射線のフォトンの数を計測する。

プロセッサ１０３は、撮像部１０４との間で信号又はデータの授受を行い、具体的には、撮像部１０４を制御して放射線撮像を行い、それにより得られた信号を撮像部１０４から受ける。この信号は、放射線フォトンの計測値を含み、例えば、プロセッサ１０３は、該計測値に基づいて、例えばディスプレイ等の表示部（不図示）に放射線による撮像画像を表示させるための画像データを生成する。このとき、プロセッサ１０３は、該画像データに対して所定の補正処理を行ってもよい。また、プロセッサ１０３は、放射線照射を開始または終了するための信号を照射制御部１０２に供給する。

次に、センサパネル１０６の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、センサパネル１０６の構成を示す図である。センサパネル１０６は、複数の画素２０１、垂直走査回路２０２、水平走査回路２０３、列信号線２０４、信号線２０５、出力線２０６、信号線２０７および列選択回路２０８を含みうる。複数の画素２０１の各々は、光の強度に関する複数のレベルの各々について、シンチレータ１０５で生じた光の検出回数をカウントするように構成されうる。各画素２０１は、信号線２０５を介して信号が供給されると、選択された検出回数のデータを、列信号線２０４を介して列選択回路２０８に出力する。

垂直走査回路２０２は、検出回数のデータが各画素２０１から出力されるように、信号を供給する信号線２０５を順番に切り替える。列選択回路２０８は、信号線２０７を介して信号が供給されたときに、各画素２０１から出力された検出回数のデータを出力線２０６にデータＤＡＴＡとして出力する。また、水平走査回路２０３は、検出回数のデータを出力線２０６に出力する動作が複数の列選択回路２０８において順番に行われるように、信号を供給する信号線２０７を順番に切り替える。ここで、図２では、説明を簡単にするため、３行×３列の画素２０１が配列されたセンサパネル１０６を示したが、より多くの画素２０１が配列されたセンサパネル１０６が用いられてもよい。例えば、１７インチのセンサパネル１０６（ＦＰＤ）では、約２８００行×約２８００列の画素２０１が２次元アレイ状に配置されうる。

次に、画素２０１の構成について図３を参照しながら説明する。図３は、画素２０１の構成を示す図である。センサパネル１０６の各画素２０１は、例えば、光検出器３０１、処理部３３０、出力部３０５、基準電圧３０６を供給する基準電圧部を含みうる。また処理部３３０は、変換部３０２、比較部３０３、カウント部３０４、リセット制御部３０７を含みうる。光検出器３０１は、放射線がシンチレータ１０５に入射することによりシンチレータ１０５で生じた光を検出し、信号を生成する光電変換器である。光検出器３０１には、公知の光電変換素子、例えばフォトダイオードなどを用いてもよい。変換部３０２は、例えば微分回路であり、例えばフォトダイオードを用いた光検出器３０１で生成された信号である電荷を、検出信号である電圧信号に変換して比較部３０３及びリセット制御部３０７へ出力する電圧変換部である。放射線撮像装置１００は、この検出信号が出力された回数に基づいて撮像画像を生成する。具体的には、比較部３０３は、変換部３０２から出力された電圧信号の電圧と基準電圧３０６とを比較し、比較結果に応じた比較結果信号として例えば２値の信号を生成する。例えば光検出器３０１で光が検出され変換部３０２から出力された電圧信号の電圧が基準電圧３０６の電圧以上である場合は、比較部３０３は、比較結果に応じた信号としてデジタル値「１」を出力する。一方で、変換部３０２から出力された電圧信号の電圧が基準電圧３０６よりも小さい場合は、比較部３０３は、比較結果に応じた信号としてデジタル値「０」を出力する。比較部３０３に供給される基準電圧３０６は、センサパネル１０６における全ての画素２０１に対して共通の値になるように設定されうる。カウント部３０４は、光検出器３０１で光が検出され、比較結果信号のうちデジタル値「１」が出力された回数をカウントし格納する。シンチレータ１０５に放射線が入射し光に変換されると、光検出器３０１で検出された光に応じて、変換部３０２を介して比較部３０３が２値のデジタル値の信号を生成する。カウント部３０４は、この信号のうちデジタル値「１」が出力された回数を格納する。出力部３０５は、出力部３０５に接続された信号線２０５を介して垂直走査回路２０２から信号が供給されたとき、カウント部３０４に格納された検出回数のデータＤＡＴＡを、列信号線２０４を介して列選択回路２０８に供給する。その後、列選択回路２０８に信号線２０７を介して信号が供給されたとき、データＤＡＴＡがプロセッサ１０３に出力され、プロセッサ１０３は、画像データを生成する。

図３に示す構成では、各画素２０１に２つの比較部３０３Ｂ、３０３Ｒが配され、それぞれの比較部３０３Ｂ、３０３Ｒには、互いに異なる値を有する基準電圧３０６Ｂ、３０６Ｒが供給される。また、それぞれの比較部３０３Ｂ、３０３Ｒの後段にそれぞれカウント部３０４Ｂ、３０４Ｒが配される。各画素２０１は、複数の比較部３０３、基準電圧３０６、カウント部３０４によって、異なる光の強度の信号が検出された回数をカウントし格納することができる。比較部３０３の数は、２つに限られるものではなく、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。例えば比較部３０３及び基準電圧３０６の数を増やした場合、検出する光の強度に対する階調を多くすることが可能となる。また、カウント部３０４の数も１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。例えば比較部３０３の数に合わせてメモリの数を増減させてもよいし、また例えば１つのカウント部３０４に、複数の光の強度に応じた検出回数をそれぞれカウントし、まとめて格納してもよい。

リセット制御部３０７は、変換部３０２から入力する電圧信号から、光検出器３０１で放射線がシンチレータ１０５で変換された光が検出されたのか、シンチレータ１０５を透過した放射線が直接、光検出器３０１で検出されたのかを判定する。リセット制御部３０７は、光検出器３０１でシンチレータ１０５を透過した放射線が検出されたと判定した場合、即座に変換部３０２リセットする。例えば、リセット制御部３０７は、光検出器３０１でシンチレータ１０５を透過した放射線が検出されたと判定した場合のみ信号を出力し、この信号は変換部３０２のリセット用の端子に入力される。

図４（ａ）に、変換部３０２から出力される電圧信号の波形を示す。図４（ａ）の波形は、横軸を時間、縦軸を電圧とし、放射線から変換された光と、シンチレータ１０５を透過した放射線とがそれぞれ光検出器３０１に入射した場合の電圧信号の電圧変化を示している。例えば、フォトダイオードを用いた光検出器３０１が放射線を検出することによって発生する電荷量は、シンチレータ１０５で変換された光を検出することによって発生する電荷量よりも１０倍程度多い。このため、光検出器３０１で生成された信号を電圧信号に変換する変換部３０２から出力される放射線が直接入射した場合の電圧は、光が入射した場合の電圧に比べ高く、電圧信号の振幅が大きくなる。例えば、放射線が直接入射した場合の電圧は、光が入射した場合の電圧の１０倍程度の電圧を示す。このため、電圧信号の電圧が初期状態に戻るまでの立下り時間が長くなる。放射線による電圧信号の電圧が基準電圧３０６を上回る立下り時間Ｔのうち期間ａの間に、光検出器３０１で光が検出され電圧信号に変換された場合、この電圧信号は放射線の入射による電圧信号に埋もれてしまう。このため、期間ａの間に入射した放射線から変換された光を、比較部３０３で検出することは難しい。また、電圧信号の電圧が基準電圧３０６を下回る立下り時間Ｔのうち期間ｂの間に、光検出器３０１で光が検出され電圧信号に変換された場合、この電圧信号の電圧と、立下り中の放射線による電圧とが重畳する。このため、比較部３０３は、後から入射した光による電圧信号の値を、実際の値よりも高く判定する可能性がある。したがって、立下り時間Ｔの間に入射した放射線の計数やエネルギを判定することは難しい。そこで、本実施形態において、リセット制御部３０７は、光検出器３０１でシンチレータ１０５を透過した放射線が検出されたと判定した場合、即座に変換部３０２をリセットする。変換部３０２がリセットされると、図４（ｂ）に示すように放射線の入射による電圧信号がリセットされ、出力電圧が初期値に戻る。このため、リセットしない場合と比較して、リセットされた後の期間ｔに入射した放射線から変換された光による電圧信号の計数とエネルギ判定とを正確に行うことができるようになる。

リセット制御部３０７は、変換部３０２から入力する電圧信号の大きさに基づいて、透過した放射線を検出する。リセット制御部３０７による透過した放射線の検出方法は、例えば電圧信号の電圧や幅を所定の基準と比較することによって検出してよい。例えば電圧信号の電圧と所定の電圧とを比較し、電圧信号の電圧が所定の電圧よりも大きい場合、透過した放射線が検出されたと判定する。この場合、所定の電圧は、光を検出するための基準電圧３０６よりも十分に高い値に設定する。上述したように、放射線が直接入射した場合の電圧は、光が入射した場合の電圧の１０倍程度の値を示すため、例えば光を検出するための基準電圧３０６の１０倍以上の値を所定の電圧としてよい。また、電圧信号の幅を監視し、電圧信号の立ち上がりから立下がりまでの時間が所定の時間以上となった場合、透過した放射線が検出されたと判定してもよい。また、これら電圧信号の電圧と幅との判定を組み合わせて用いてもよい。リセット制御部３０７の判定方法は、計測対象となる放射線のエネルギ帯域や、センサパネル１０６の回路の構成上の制限など、放射線撮像装置１００の使用条件に応じて適宜選択すればよい。

次に、本実施形態における放射線撮像システムの駆動について説明する。図５は、撮像部１０４のセンサパネル１０６の駆動タイミングを示す図である。図５の波形は、横軸を時間として放射線の照射期間、及び、データＤＡＴＡの読み出しの期間を表している。図５において、放射線照射期間は、照射部１０１によって被検体に放射線を照射し、センサパネル１０６に入射した放射線をシンチレータ１０５で光に変換し、光が検出された回数をカウントする期間である。また読出し期間は、放射線照射期間に得られたカウントされた回数のデータＤＡＴＡをセンサパネル１０６から出力させる期間である。図５に示すように、センサパネル１０６は、放射線照射期間と読出し期間とを交互に行うことによって、動画を取得することが可能となる。また、例えば放射線照射期間と読出し期間とを１度行うことによって静止画を取得してもよい。

次に、図３に示すように構成された画素２０１における照射期間での動作について図６を参照しながら説明する。図６は、放射線照射期間における各画素２０１の動作を示す図である。図６の波形は、横軸を時間とした変換部３０２の出力、比較部３０３の出力、及び、カウント部３０４に格納された比較部３０３からデジタル値「１」が出力されカウントされた回数をそれぞれ表している。変換部３０２から出力された電圧信号の電圧が基準電圧３０６Ｒ以上である場合、比較部３０３Ｒから比較結果信号としてデジタル値「１」が出力され、カウント部３０４Ｒは比較部３０３Ｒからデジタル値「１」が出力されたことをカウントする。また、変換部３０２から出力された電圧信号の電圧が基準電圧３０６Ｂ以上である場合、比較部３０３Ｒ、３０３Ｂから比較結果信号としてデジタル値「１」が出力され、カウント部３０４Ｒ、３０４Ｂは、デジタル値「１」が出力されたことをカウントする。また、放射線が直接、光検出器３０１に入射した場合、振幅の大きい電圧信号が出力され、リセット制御部３０７は光検出器３０１で透過した放射線を検出したことを判定し、変換部３０２をリセットするための信号を出力する。リセット制御部３０７からの信号によって、図６に示す波形のように、変換部３０２がリセットされ、電圧信号がリセットされる。

本実施形態において、リセット制御部３０７からの信号によってリセットされるのは、変換部３０２に限られるものではない。図７は、画素２０１の構成の変形例を示す図である。図７に示すように、リセット制御部３０７の出力を変換部３０２だけでなく、光検出器３０１に接続してもよい。光検出器３０１でシンチレータ１０５を透過した放射線が検出されたと判定した場合、変換部３０２と光検出器３０１とを同時にリセットする。例えばフォトダイオードなどを用いた光検出器３０１に放射線が直接入射した場合、光が入射した場合と比べ、大量の電荷が発生するため光検出器３０１が飽和しやすい。光検出器３０１が飽和している間、該光検出器に光が入射しても、これを検出することができない。図７に示す構成では、リセット制御部３０７によって透過した放射線が光検出器３０１で検出されたと判定した場合、即座に変換部３０２だけでなく光検出器３０１のリセットが行われる。これによって、光検出器３０１において、即座に光の検出を再開することが可能となる。

また、リセット制御部３０７からの信号は、光検出器３０１及び変換部３０２をリセットすることに用いられるのに限られるものではない。図８は、画素２０１の構成の変形例を示す。図８に示すように、リセット制御部３０７の出力をカウント部３０４に接続してもよい。光検出器３０１にシンチレータ１０５を透過した放射線が入射すると、変換部３０２から出力される電圧信号は、光を検出したことによって出力される電圧信号の１０倍程度の振幅となる。この場合、シンチレータ１０５に入射した放射線のエネルギにかかわらず電圧が基準電圧３０６を大きく上回り、図５に示すように比較部３０３Ｒ、３０３Ｂからデジタル値「１」が出力される。カウント部３０４Ｒ、３０４Ｂは、これをカウントし、格納される回数を１つ増加する。このときのカウントは、シンチレータ１０５で変換された光を検出したものと比較しエネルギの判定の信頼性が低く、このため撮像画像の画質の低下につながる可能性がある。そこで、リセット制御部３０７が放射線を検出し信号を出力した場合、リセット制御部３０７からの信号によって、カウント部はデジタル値「１」をカウントした回数を変更してもよい。例えば図８に示す構成において、リセット制御部３０７が放射線を検出し信号を出力した場合、全てのカウント部３０４でこの信号の入力とともにカウントした回数を１つ減算する処理を行うことによって、信頼性の低いカウントを除去することが可能となる。また例えばリセット制御部３０７内にメモリ部３１７を設置してもよい。リセット制御部３０７内のメモリ部３１７に光検出器３０１で放射線が検出されたと判定した回数を格納し、カウント部は、最終的に各画素２０１の全てのカウント部３０４のカウントした回数から判定した回数分の回数を減算する処理を行ってもよい。

ここで照射期間における上述の動作は、画素２０１の動作周波数と、照射部１０１の照射量とを、放射線フォトンを１個ずつ計測することができる値によってなされるとよい。例えば、画素２０１の動作周波数は、１０ｋＨｚから数ＭＨｚの範囲内（例えば１００ｋＨｚ程度）で設定されてもよい。また、例えば照射部１０１の照射量は、管電圧を１００ｋＶ程度とし、管電流を１０ｍＡ程度としたときの値で設定されてもよい。

次に、図３に示すように構成された画素２０１における読み出し期間での動作について図９を参照しながら説明する。図９は、読み出し期間における各画素２０１の動作を示す図である。図９における波形は、横軸を時間とした信号線２０５への信号の供給、信号線２０７への信号の供給、および列選択回路２０８からの取得されたデータＤＡＴＡの出力をそれぞれ表している。図９に示すように、複数の信号線２０５および複数の信号線２０７には、順番に信号が供給される。例えば、信号線２０５−０Ｒに信号の供給を開始すると、信号線２０５−０Ｒに接続された画素２０１の出力部３０５Ｒから特定の光の強度を表すレベルの比較結果信号が出力されたことをカウントしたデータが列選択回路２０８に供給される。そして、信号線２０５−０Ｒに信号を供給している期間において、複数の信号線２０７に順番に信号を供給し、複数の列選択回路２０８から出力線２０６にそれぞれのデータＤＡＴＡを順番に出力させる。

本実施形態において、図１に示すようにプロセッサ１０３でセンサパネル１０６からの撮像画像を取得している。この撮像画像は、センサパネル１０６の各画素２０１に配置されたカウント部３０４の値を、出力線２０６を介して読み出したものである。取得した撮像画像はそのまま表示してもよいが、これに限定されるものではなく任意の画像処理を行ってもよい。例えば、直接線の成分のみを画像形成に用いる画像処理を行い、グリッドを用いずに散乱線を除去してもよい。また、各画素２０１のカウント値に対して演算処理を施すことで、放射線のエネルギスペクトルを推定してもよい。また、複数の画素２０１のカウント値から、照射部１０１の方向と距離を推定してもよい。また更に、被検体を透過する各エネルギの放射線フォトンの数と各エネルギにおける線減弱係数から、物質の組成や物性値を計算してもよい。例えば、被検体の実効原子番号を算出する処理を行ってもよい。また、例えば被検体が厚くなるほど高いエネルギの放射線フォトンが相対的に多く入射するビームハードニングを補正する処理を行ってもよい。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態の放射線撮像装置（放射線撮像システム）について説明する。前述の第１実施形態によるパイルアップの検出及びリセット制御部の機能は、画素２０１に配された処理部３３０を用いたものであったが、これらの機能は、例えばプロセッサ１０３においてプログラム上またはソフトウェア上で実現されてもよい。即ち、画素２０１を、シンチレータ１０５で変換された光に応じた信号を出力するための回路で構成し、パイルアップの検出及び比較結果信号の出力回数のカウントを画素２０１の外部で行ってもよい。

図１０は、本実施形態のセンサパネル１０６における画素の等価回路を示す図である。本実施形態のセンサパネル１０６における画素４０は、光電変換素子４０１と、出力回路部４０２とを含みうる。光電変換素子４０１は、典型的にはフォトダイオードでありうる。出力回路部４０２は、増幅回路部４０４、クランプ回路部４０５、サンプルホールド回路部４０７、および選択回路部４０８を含みうる。

光電変換素子４０１は、電荷蓄積部を含み、該電荷蓄積部は、増幅回路部４０４のＭＯＳトランジスタ４０４ａのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０４ａのソースは、ＭＯＳトランジスタ４０４ｂを介して電流源４０４ｃに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０４ａと電流源４０４ｃとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ４０４ｂは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮがアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。

図１０に示す例では、光電変換素子４０１の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ４０４ａのゲートが共通のノードを構成していて、このノードは、該電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、該電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ４０３を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになると、リセットスイッチ４０３がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。

クランプ回路部４０６は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部４０４によって出力されるノイズをクランプ容量４０６ａによってクランプする。つまり、クランプ回路部４０６は、光電変換素子４０１で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のｋＴＣノイズを含みうる。クランプは、クランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ４０６ｂをオン状態にした後に、クランプ信号ＰＣＬを非アクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ４０６ｂをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量４０６ａの出力側は、ＭＯＳトランジスタ４０６ｃのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０６ｃのソースは、ＭＯＳトランジスタ４０６ｄを介して電流源４０６ｅに接続されている。ＭＯＳトランジスタ４０６ｃと電流源４０６ｅとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ４０６ｄは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０がアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。

光電変換素子４０１で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部４０６から出力される信号は、光信号として、光信号サンプリング信号ＴＳがアクティブレベルになることによってスイッチ４０７Ｓａを介して容量４０７Ｓｂに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にＭＯＳトランジスタ４０６ｂをオン状態とした際にクランプ回路部４０６から出力される信号は、クランプ電圧である。このノイズ信号は、ノイズサンプリング信号ＴＮがアクティブレベルになることによってスイッチ４０７Ｎａを介して容量４０７Ｎｂに書き込まれる。このノイズ信号には、クランプ回路部４０６のオフセット成分が含まれる。スイッチ４０７Ｓａと容量４０７Ｓｂによって信号サンプルホールド回路４０７Ｓが構成され、スイッチ４０７Ｎａと容量４０７Ｎｂによってノイズサンプルホールド回路４０７Ｎが構成される。サンプルホールド回路部４０７は、信号サンプルホールド回路４０７Ｓとノイズサンプルホールド回路４０７Ｎとを含む。

駆動回路部４１が行選択信号ＶＳＴをアクティブレベルに駆動すると、容量４０７Ｓｂに保持された信号（光信号）がＭＯＳトランジスタ４０８Ｓａおよび行選択スイッチ４０８Ｓｂを介して信号線４５Ｓに出力される。また、同時に、容量４０７Ｎｂに保持された信号（ノイズ）がＭＯＳトランジスタ４０８Ｎａおよび行選択スイッチ４０８Ｎｂを介して信号線４５Ｎに出力される。ＭＯＳトランジスタ４０８Ｓａは、信号線４５Ｓに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。同様に、ＭＯＳトランジスタ４０８Ｎａは、信号線４５Ｎに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。ＭＯＳトランジスタ４０８Ｓａと行選択スイッチ４０８Ｓｂとによって信号用選択回路部４０８Ｓが構成され、ＭＯＳトランジスタ４０８Ｎａと行選択スイッチ４０８Ｎｂによってノイズ用選択回路部４０８Ｎが構成される。選択回路部４０８は、信号用選択回路部４０８Ｓとノイズ用選択回路部４０８Ｎとを含む。

画素４０は、隣接する複数の画素４０の光信号を加算する加算スイッチ４０９Ｓを有してもよい。加算モード時には、加算モード信号ＡＤＤがアクティブレベルになり、加算スイッチ４０９Ｓがオン状態になる。これにより、隣接する画素の容量４０７Ｓｂが加算スイッチ４０９Ｓによって相互に接続されて、光信号が平均化される。同様に、画素４０は、隣接する複数の画素４０のノイズを加算する加算スイッチ４０９Ｎを有していてもよい。加算スイッチ４０９Ｎがオン状態になると、隣接する画素の容量４０７Ｎｂが加算スイッチ４０９Ｎによって相互に接続されて、ノイズが平均化される。加算部４０９は、加算スイッチ４０９Ｓと加算スイッチ４０９Ｎとを含む。

画素４０は、感度を変更するための感度変更部４０５を有していてもよい。画素４０は、例えば、第１感度変換スイッチ４０５ａおよび第２感度変換スイッチ４０５ａ’、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになると、第１感度変更スイッチ４０５ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第１付加容量４０５ｂの容量値が追加される。これによって画素４０の感度が低下する。第２変更信号ＷＩＤＥ２がアクティブレベルになると、第２感度変更スイッチ４０５ａ’がオンして、電荷電圧変換部の容量値に第２付加容量４０５ｂ’の容量値が追加される。これによって画素４０の感度が更に低下する。このように画素４０の感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジを広げることができる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ＥＮｗをアクティブレベルにして、ＭＯＳトランジスタ４０４ａに代えてＭＯＳトランジスタ４０４ａ’をソースフォロア動作させてもよい。

以上のような画素回路からの出力は、不図示のＡＤ変換器でデジタル値に変換された後、プロセッサ１０３に供給される。そして、プロセッサ１０３において、変換部３０２、比較部３０３、カウント部３０４、及び、リセット制御部３０７に相当する処理が、ソフトウェア上で行われる。

まず、プロセッサ１０３は、変換部３０２に相当する処理として、画素回路の出力の微分値を計算する。次に、プロセッサ１０３は、比較部３０３に相当する処理として、算出した微分値と基準電圧３０６に相当するデジタル値とを比較する。プロセッサ１０３は、当該微分値が基準電圧３０６に相当するデジタル値以上である場合はデジタル値「１」を出力し、当該微分値が基準電圧３０６に相当するデジタル値より小さい場合はデジタル値「０」を出力する。そして、カウント部３０４に相当する処理として、デジタル値「１」の出力された回数をカウントする。またリセット制御部３０７に相当する処理として、微分回路から光検出器３０１で放射線が検出されたと判定した場合、例えば光検出器３０１をリセットする。このとき、カウント部３０４に相当する処理としてカウント値の変更を行ってもよい。そして、プロセッサ１０３は、カウントされた回数に基づいて画像を生成する。これらの処理は、例えば、プロセッサ１０３のＣＰＵにおいて実行されうる。また、検出回数を記憶する記憶領域は、プロセッサ１０３のメモリに確保される。基準電圧３０６に相当するデジタル値や、比較部３０３、カウント部３０４に相当する処理を行う機能は、例えば光の強度に関するレベルに応じて複数あってもよい。

＜その他の実施形態＞
本発明における変換部３０２、比較部３０３、カウント部３０４及びリセット制御部３０７を含む処理部３３０の各機能は、第１実施形態のようにセンサパネル１０６の各画素２０１に配置する形態であってもよい。また第２実施形態のようにソフトウェア上で全てを行う形態であってもよい。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。処理部３３０で行う処理の少なくとも一部、例えば変換部３０２および比較部３０３をセンサパネル１０６の各画素２０１に配置し、カウント部３０４及びリセット制御部３０７に相当する処理をソフトウェア上で行う形態にしてもよい。また、ソフトウェアではなく、センサパネル１０６の外部に設けられた回路で行う形態にしてもよい。この場合、例えば、当該回路はＦＰＧＡで構成されるとよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

１００ 放射線撮像装置、１０５ シンチレータ、１０６ センサパネル、２０１ 画素、３０１ 光検出器、３０２ 変換部、３０７ リセット制御部、３３０ 処理部

Claims (15)

1. 放射線を光に変換するシンチレータと、前記光を検出するための光検出器を有する複数の画素が配されたセンサパネルと、処理部と、を含む放射線撮像装置であって、
   前記処理部は、
   入射した前記光及び光に変換されずに前記シンチレータを透過した放射線によって前記光検出器で発生した信号に応じて検出信号を出力する変換部と、
   前記検出信号の大きさに基づいて前記透過した放射線が前記光検出器で検出されたことを判定し、前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定した場合、前記変換部をリセットするリセット制御部と、
   を含むことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記リセット制御部は、前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定した場合、前記光検出器をリセット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. 前記放射線撮像装置は、前記検出信号が出力された回数に基づいて撮像画像を生成す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. 前記変換部は、前記光検出器で発生した前記信号を電圧信号に変換する電圧変換部を含み、前記検出信号として前記電圧信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記電圧変換部が、微分回路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. 前記リセット制御部は、前記電圧信号の電圧が所定の電圧よりも大きい場合、前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定することを特徴とする請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記リセット制御部は、前記電圧信号の立ち上がりから立下がりまでの時間が所定の時間よりも長い場合、前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記処理部は、撮像画像を生成するために、
   前記電圧信号の電圧と基準電圧とを比較し、前記電圧信号の電圧が前記基準電圧の電圧以上の場合、比較結果信号を出力する比較部と、
   前記比較結果信号の出力をカウントした回数を格納するカウント部と、を更に含むことを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記所定の電圧が、前記基準電圧の１０倍以上であることを特徴とする請求項６に従属する請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 前記リセット制御部が前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定した場合、
    前記カウント部は、カウントした前記回数を変更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. 前記カウント部は、前記リセット制御部が前記透過した放射線が検出されたと判定した場合、カウントした前記回数を１つ減算することを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
12. 前記リセット制御部は、前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定した回数を格納するメモリ部を更に含み、
    前記カウント部は、前記メモリ部に格納された前記判定した回数に応じてカウントした前記回数を減算することを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
13. 前記処理部のうち少なくとも一部が、前記複数の画素の各画素に配されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
14. 放射線を光に変換するシンチレータと、前記光を検出するための光検出器を有する複数の画素が配されたセンサパネルと、を含む放射線撮像装置の制御方法であって、
    入射した前記光及び光に変換されずに前記シンチレータを透過した放射線によって前記光検出器で発生した信号に応じて検出信号を出力する工程と、
    前記検出信号と、所定の基準とを比較した結果に基づいて前記透過した放射線が前記光検出器で検出されたことを判定する工程と、
    前記光検出器で前記透過した放射線が検出されたと判定した場合、前記検出信号をリセットする工程と、
    を含むことを特徴とする制御方法。
15. 請求項１４に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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