JP6701392B2 - 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。

放射線を電荷に変換する変換素子、および、薄膜トランジスタ等のスイッチを含む画素が配列された画素アレイを有する放射線撮像装置がある。近年、このような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、自動露出制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＥＣ）機能の内蔵が注目されている。放射線撮像装置における自動露出制御は、例えば、放射線源からの放射線の照射の開始の検知、放射線の照射を停止させるべきタイミングの決定、放射線の照射量や積算照射量の検知に利用されうる。

特許文献１には、放射線画像撮影用の画素と放射線検出用の画素とを有する放射線画像撮影装置が記載されている。放射線画像撮影用の画素および放射線検出用の画素は、ともに、光を受けて電荷を発生し、発生した電荷を蓄積するセンサ部と、センサ部に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチとを含む。放射線画像撮影用の画素は、ＴＦＴスイッチのゲートが第１走査配線に接続され、放射線検出用の画素は、ＴＦＴスイッチのゲートが第２走査配線に接続されている。放射線画像撮影用の画素および放射線検出用の画素は、ともに、ＴＦＴスイッチのソースが信号配線に接続されている。

特許文献１に記載されたようなパッシブピクセル型変換装置では、画素のセンサ部に蓄積された信号は、ＴＦＴスイッチをオンしてセンサ部と信号配線とが接続され読出動作が行われることによって消滅する。

特開２０１２−０１５９１３号公報

放射線撮像装置において、時々刻々と変化する放射線の強度などの放射線情報を正確に検出するためには、放射線情報を検出するセンサからの信号の読出頻度、即ち検出頻度（時間分解能）を高くする必要がある。しかし、検出頻度を高くすると、各センサにおける信号の蓄積期間が短くなってしまう。その結果、センサから信号を読み出す際の信号雑音比（ＳＮＲ）が低下し、放射線情報の検出精度が低下しうる。つまり、放射線情報の検出頻度と検出精度とはトレードオフの関係にある。

本発明は、放射線情報の検出頻度を高めながら検出精度を高め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、放射線画像を取得するための複数の画素と、放射線を検出するための複数のセンサユニットとを有する放射線撮像装置に係り、各センサユニットは、放射線を電気信号に変換し、該電気信号を信号蓄積期間において蓄積するセンサを含み、前記放射線撮像装置は、前記複数のセンサユニットのそれぞれの前記センサにおける信号蓄積期間が、第１時間を有し、かつ、前記第１時間より短い第２時間だけ相互にずれるように、前記複数のセンサユニットを制御する制御部と、前記制御部によって制御されている前記複数のセンサユニットからの信号に基づいて、前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始の検知、放射線の照射を停止させるべきタイミングの決定、放射線の積算照射量の検知、の少なくともいずれかに利用される、放射線に関する情報を、前記第２時間を周期として、出力する信号処理部と、を備える。

本発明によれば、放射線情報の検出頻度を高めながら検出精度を高めるために有利な技術が提供される。

本発明の２つの実施形態の放射線撮像システムを示す図。 本発明の実施形態の放射線撮像装置を模式的に示す図。 本発明の実施形態の放射線撮像装置のより具体的な構成例を示す図。 画素およびセンサの構成例を示す図。 信号処理部の構成例を示す図。 画素およびセンサの構成例を示す平面図（レイアウト図）。 画素およびセンサの構成例を示す断面図。 放射線の照射強度を検出する動作のタイミングチャート。 放射線の照射強度を検出する動作のタイミングチャート。 放射線の照射強度を検出する動作のフローチャート。 第１変形例の動作のタイミングチャート。 第２変形例を示す図。 第２変形例を示す図。 第２変形例を示す図。 第３変形例を示す図。 センサの変形例を示す図。 センサの変形例を示す図。 センサの変形例を示す図。 第２実施形態におけるセンサユニットとセンサグループとの関係を示す図。 第２実施形態の動作を示すタイミングチャート。 放射線撮像システムのより具体的な構成例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明のその例示的な実施形態を通して説明する。

［第１実施形態］
図１（ａ）には、本発明の１つの実施形態の放射線撮像システムの構成が模式的に示されている。図１（ｂ）には、本発明の他の実施形態の放射線撮像システムの構成が模式的に示されている。これらの放射線撮像システムは、Ｘ線等の放射線３を放射する放射線源１と、放射線撮像装置４とを含む。放射線源１から放射された放射線３は、被検体２を透過して放射線撮像装置４に入射する。

放射線撮像装置４は、複数の行および複数の列を有するアレイを構成するように二次元的に配列された複数の光電変換素子ＰＥＣと、複数の光電変換素子ＰＥＣを支持または保持する基板１００と、シンチレータ１９０とを含みうる。シンチレータ１９０は、放射線を可視光などの光に変換する。光電変換素子ＰＥＣは、例えば、フォトダイオードで構成され、シンチレータ１９０によって変換された光を光電変換する。光電変換素子ＰＥＣとシンチレータ１９０とによって、放射線を電気信号に変換する変換素子１２が構成される。シンチレータ１９０は、複数の変換素子１２によって共有されうる。

図１（ａ）に示された実施形態では、シンチレータ１９０が放射線源１の側に向けられる。図１（ｂ）に示された実施形態では、基板１００が放射線源１の側に向けられ、放射線３は、基板１００と、複数の光電変換素子ＰＥＣで構成されたアレイとを通過してシンチレータ１９０に入射する。そして、シンチレータ１９０で変換された光が光電変換素子ＰＥＣに入射する。

図２（ａ）には、放射線撮像装置４の１つの実施形態が模式的に示されている。図２（ａ）に示された放射線撮像装置４は、撮像領域９０を有する。撮像領域９０には、放射線画像を取得するための複数の画素と、放射線を検出するための複数のセンサグループ（複数のセンサユニット）とが配置されている。ここで、撮像領域９０には、１又は複数の放射線検出領域８０が設けられていて、各放射線検出領域８０に複数のセンサグループ（複数のセンサユニット）が配置されている。放射線画像を取得するための画素は、放射線検出領域８０にも配置されうる。

図２（ｂ）には、放射線撮像装置４の他の実施形態が模式的に示されている。図２（ｂ）に示された放射線検出装置４では、撮像領域９０の全域をカバーするように複数の放射線検出領域８０が配置され、放射線検出領域８０には、センサグループ(センサユニット）のほか、放射線画像を取得するための画素が配置されている。

図２（ｃ）には、図２（ａ）に示された放射線撮像装置４の使用例が模式的に示されている。図２（ｃ）に示された例では、複数の放射線検出領域８０のうち、被検体２（例えば、ヒトの胸部）に応じて選択された放射線検領域８１を使って、放射線情報（放射線撮像装置４に入射した放射線に関する情報）が検出される。

図３には、図２（ａ）に示された放射線撮像装置４のより具体的な構成例が示されている。放射線撮像装置４の撮像領域９０には、放射線画像を取得するための複数の画素１１と、放射線を検出するための複数のセンサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４とが配置されている。複数の画素１１は、複数の行および複数の列を有するアレイを構成するように二次元状に配列されている。撮像領域９０の中には、１又は複数の放射線検出領域８０が設けられている。各放射線検出領域８０には、複数のセンサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４が配置されている。第１実施形態では、１つのセンサユニットが１つのセンサグループで構成される。なお、後述の第２実施形態では、１つのセンサユニットが２つのセンサグループで構成される。

図４（ａ）に例示されるように、各画素１１は、放射線を電気信号に変換する変換素子１２と、スイッチ１３とを含む。変換素子１２は、前述のように、光電変換素子およびシンチレータによって構成されてもよいし、放射線を直接に電気信号に変換する素子によって構成されてもよい。変換素子１２は、第１電極（個別電極または読出電極とも呼ばれうる）と第２電極（共通電極とも呼ばれうる）とを有しうる。第１電極は、スイッチ１３を介して列信号線１６に接続されている。第２電極は、バイアス電位を変換素子１２に与えるためのバイアス線１９に接続されている。

複数のセンサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４のそれぞれは、複数のセンサ１１１で構成される。図４（ｂ）に例示されるように、各センサ１１１は、放射線を電気信号に変換する変換素子１２１と、スイッチ１３１とを含む。変換素子１２１は、光電変換素子およびシンチレータによって構成されてもよいし、放射線を直接に電気信号に変換する素子によって構成されてもよい。前者において、シンチレータは、画素１１のためのシンチレータと共有されうる。変換素子１２１は、第１電極（個別電極または読出電極とも呼ばれうる）と第２電極（共通電極とも呼ばれうる）とを有しうる。第１電極は、スイッチ１３１を介して検出信号線１６１に接続されている。第２電極は、バイアス電位を変換素子１２１に与えるためのバイアス線１９に接続されている。

再び図３を参照しながら説明を続ける。図３におけるＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４は、センサ１１１を示している。より具体的には、図３におけるＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４は、センサ１１１が属するセンサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４を示している。撮像領域９０は、例えば、１０００行×１０００列から３０００行×３０００列の画素１１の配列で構成される。なお、図３に示された例では、センサ１１１が配置された位置には、画素１１が配置されていないが、他の例では、センサ１１１が配置された位置にも画素１１が配置されうる。

画素１１の変換素子１２の第２電極およびセンサ１１１の変換素子１２１の第２電極に接続されたバイアス線１９は、バイアス電源５０に接続されている。画素１１のスイッチ１３のソース（またはドレイン）に接続された列信号線１６は、読出部３０に接続されている。センサ１１１のスイッチ１３１のソース（またはドレイン）に接続された検出信号線１６１は、信号処理部４０に接続されている。画素１１のスイッチ１３のゲートには、行選択部２０によって駆動される画素制御線１５が接続されている。画素制御線１５がアクティブレベルに駆動されると、画素１１の変換素子１２と列信号線１６とがスイッチ１３によって電気的に接続される。センサ１１１のスイッチ１３１のゲートには、センサ制御部４１によって駆動されるセンサ制御線４１１が接続されている。センサ制御線４１１がアクティブレベルに駆動されると、センサ１１１の変換素子１２１と検出信号線１６１とがスイッチ１３１によって電気的に接続される。

第１実施形態では、各放射線検出領域８０は、Ｎ個のセンサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４（Ｎ個のセンサユニット）を含み、センサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４のそれぞれは、Ｍ個のセンサ１１１を含む。図３に示された例では、Ｎ＝４、Ｍ＝４であるが、これは例示に過ぎない。

各放射線検出領域８０において、Ｎ個のセンサグループＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４（Ｎ個のセンサユニット）のそれぞれのＭ個のセンサ１１１の全てのスイッチ１３１のソース（またはドレイン）が共通の検出信号線１６１に接続されている。一方、センサ１１１のスイッチ１３１のゲートには、センサグループ（センサユニット）ごとに異なるセンサ制御線４１１が接続されている。つまり、第ｋセンサグループのセンサ１１１のスイッチ１３１のゲートには、それらに対して共通の第ｋセンサ制御線４１１が接続されている。第ｋセンサ制御線４１１がアクティブレベルに駆動されると、第ｋセンサグループのＭ個のセンサ１１１の信号が共通の検出信号線１６１に出力される。

図５には、信号処理部４０の構成例が示されている。図５に示された例では、信号処理部４０は、センサ１１１の信号として、センサ１１１が発生する電荷を読み出す。信号処理部４０は、例えば、信号検出部３９と、ＡＤ変換器３３とを含みうる。信号検出部３９は、例えば、積分増幅器３１と、リセットスイッチ３４とを含む。積分増幅器３１の入力には、検出信号線１６１が接続され、積分増幅器３１の出力には、ＡＤ変換器３３が接続されている。リセットスイッチ３４は、積分増幅器３１の入力と出力との間を短絡することができるように配置されている。リセットスイッチ３４を導通させることによって、積分増幅器３１の出力の電位および検出信号線１６１の電位をリセットすることができる。

信号処理部４０の構成は特に制限されるものではなく、センサ１１１の信号として、センサ１１１が発生する電流または電圧を読み出す場合には、信号処理部４０は、例えば、非反転増幅器または反転増幅器を含んで構成されうる。

行選択部２０、読出部３０、センサ制御部４１、信号処理部４０は、制御部４９によって制御される。なお、ある観点において、行選択部２０、読出部３０、センサ制御部４１、信号処理部４０の少なくとも１つは、制御部４９の一部として理解することができる。

制御部４９は、信号処理部４０から提供される放射線情報に基づいて種々の処理を行いうる。制御部４９は、例えば、放射線源から放射線検出装置４に放射線の照射が開始されたこと、放射線の照射が停止されたこと、放射線の強度、放射線の積算照射量などを検出することができる。更に、制御部４９は、放射線源１と接続され、放射線源１からの放射線照射の開始および／または停止を示す信号を受信したり、放射線源１に対して放射線照射の開始および／または停止を指示したりしうる。

図６は、画素１１およびセンサ１１１の構成例を示す平面図（レイアウト図）である。図７（ａ）は、図６におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図、図７（ｂ）は、図６におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。画素１１のスイッチ１３は、図７（ａ）に例示されるように、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）で構成されうる。スイッチ素子１３は、基板１００の上に配置され、層間絶縁層１８１によって覆われうる。層間絶縁層１８１の上には、変換素子１２が配置されうる。

変換素子１２は、スイッチ１３を介して列信号線１６と接続されている。変換素子１２は、第１電極１２５、ＰＩＮフォトダイオード（光電変換素子）１２４および第２電極１２６を含みうる。ＰＩＮフォトダイオードの上には、保護膜１８２、第２相間絶縁層１８３、バイアス線１９、保護膜１８４が順に配置されている。保護膜１８４上には、不図示の平坦化膜、およびシンチレータ１９０が配置されている。第二電極１２６は、コンタクトホールを介して、バイアス線１９に接続されている。第二電極１２６の材料には、光透過性を有するＩＴＯが用いられ、シンチレータ１９０で放射線から変換された光が透過可能な構成となっている。

同様に、センサ１１１のスイッチ１３１は、図７（ｂ）に例示されるように、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）で構成されうる。スイッチ素子１３１は、基板１００の上に配置され、層間絶縁層１８１によって覆われうる。層間絶縁層１８１の上には、変換素子１２１が配置されうる。

変換素子１２１は、スイッチ１３１を介して検出信号線１６１と接続されている。変換素子１２１は、第１電極１２５、ＰＩＮフォトダイオード（光電変換素子）１２４および第２電極１２６を含みうる。ＰＩＮフォトダイオードの上には、保護膜１８２、第２相間絶縁層１８３、バイアス線１９、保護膜１８４が順に配置されている。保護膜１８４上には、不図示の平坦化膜、およびシンチレータ１９０が配置されている。

以上の例では、変換素子１２、１２１を構成する光電変換素子としてＰＩＮフォトダイオードが採用されているが、光電変換素子は、例えばＭＩＳ型のセンサでもよい。

以下、センサ１１１からの信号に基づいて放射線情報を検出する方法を説明する。まず、放射線情報として放射線強度を検出する方法を説明する。図８には、放射線の照射強度を検出する動作のタイミングチャートが示されている。図８の最上部には、放射線検出領域８０に入射した放射線の強度（”放射線照射強度”）が示されている。図８において、センサグループの個数はＮ個であり、センサグループは、ＳＧ１、ＳＧ２、・・・、ＳＧＮと記載されている。また、第１実施形態では、センサグループとセンサユニットとは等価であり、センサユニットは、ＳＵ１、ＳＵ２、・・・、ＳＵＮと記載されている。

センサ制御部４１は、第１センサグループＳＧ１（第１センサユニットＳＵ１）から第ＮセンサグループＳＧＮ（第ＮセンサユニットＳＵＮ）を個別に制御する第ｋセンサ制御線４１１（ｋ＝１〜Ｎ）に対して順次に電圧パルス（センサ制御信号）を印加する。ここでは、第ｋセンサ制御線４１１がハイレベルに駆動されたときに第ｋセンサグループＳＧｋのセンサ１１１のスイッチ１３１が導通するものとする。

まず、時刻ｔ１１からｔ１２の期間は、第１センサグループＳＧ１（ＳＵ１）のセンサ制御線４１１がハイレベルに駆動され、第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１のスイッチ１３１が非導通状態から導通状態にされる。その後、時刻ｔ２１からｔ２２の期間は、第２センサグループＳＧ２（ＳＵ２）のセンサ１１１のスイッチ１３１が非導通状態から導通状態にされる。以下、第ＮセンサグループＳＧＮ（ＳＵＮ）のセンサ１１１まで同様に制御される。その後は、第１センサグループＳＧ１（ＳＵ１）に戻り、時刻ｔ１３からｔ１４の期間は、第１センサグループＳＧ１（ＳＵ１）のセンサ制御線４１１がハイレベルに駆動される。これにより、第１センサグループＳＧ１（ＳＵ１）のセンサ１１１のスイッチ１３１が非導通状態から導通状態にされる。

以下、センサ１１１および信号処理部４０の動作を説明する。第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１のスイッチ１３１は時刻ｔ１２からｔ１３までの期間が非導通状態である。この期間に放射線の照射によって発生した電荷が第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１の変換素子１２１に蓄積される。つまり、時刻ｔ１２からｔ１３までの期間が信号蓄積期間ＳＡＰである。第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１の変換素子１２１に蓄積された電荷に応じた信号は、時刻ｔ１３において信号処理部４０に送られる。具体的には、時刻ｔ１３において、第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１のスイッチ１３１が導通状態に遷移することよって、第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１の信号が検出信号線１６１を介して信号処理部４０に送られる。

信号処理部４０は、第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１から出力された信号を時刻ｔ１３の直後の時刻ｔ１１１において、第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１の信号量（照射強度）ｍ（１）として検出し、制御部４９に信号量ｍ（１）を出力する。

同様に、信号処理部４０は、時刻ｔ２３の直後の時刻ｔ１１２において、第２センサグループＳＧ２のセンサ１１１の信号量ｍ（２）として検出し、制御部４９に信号量ｍ（２）を出力する。以降も同様に、信号処理部４０は、第３〜第ＮセンサグループＳＧ３〜ＳＧＮのセンサ１１１の信号量ｍ（３）〜ｍ（Ｎ）を検出して制御部４９に出力する。その後、信号処理部４０は、第１センサグループＳＧ１から順に上記の処理を繰り返す。これにより、信号量ｍ（１）、ｍ（２）、・・・、ｍ（Ｎ）、ｍ（１）、ｍ２（２）・・・からなる信号列（数値列）が得られる。信号処理部４０は、信号量ｍ（１）、ｍ（２）、・・・、ｍ（Ｎ）、ｍ（１）、ｍ２（２）・・・を、サンプリング間隔ＳＩを周期として、出力する。

信号量ｍ（１）、ｍ（２）、・・・、ｍ（Ｎ）は、それらを取得するために使用したセンサグループが相互に異なるが、そのことによる誤差は、複数のセンサグループのセンサ１１１を分散して配置することによって低減されうる。

ここで、ｍ（ｋ）を検出するタイミングとｍ（ｋ＋１）を検出するタイミングとの間隔（例えば、ｔ１１１とｔ１１２との間隔）がサンプリング間隔（第２時間）ＳＩである。各センサグループにおける信号蓄積期間ＳＡＰは、サンプリング間隔ＳＩとセンサグループの個数Ｎとの積に一致する。信号処理部４０が複数のセンサグループのいずれかから信号量（放射線の照射強度）を検出する頻度（回／秒）は、サンプリング間隔ＳＩの逆数である。

制御部４９は、複数のセンサユニットＳＵ１〜ＳＵＮのそれぞれのセンサ１１１における信号蓄積期間ＳＡＰが第１時間を有し、かつ、サンプリング期間ＳＩの長さである第２時間だけ相互にずれるように、複数のセンサユニットＳＵ１〜ＳＵＮを制御する。ここで、サンプリング期間ＳＩの長さである第２時間は、信号蓄積期間ＳＡＰの長さである第１時間よりも短い。制御部４９による複数のセンサユニットＳＵ１〜ＳＵＮの制御は、行選択部２０の制御を通してなされうる。

制御部４９は、信号処理部４０から提供される放射線情報（ここでは、照射量ｍ（ｋ））に基づいて放射線の照射の開始および終了のタイミングを検出することができる。例えば、制御部４９は、信号量ｍ（ｋ）（あるいは信号量ｍ（ｋ）からなる信号列から補間によって生成された数値列の値でもよい。）が閾値Ｔｈ１を超えた時刻（ｔ１１４）を放射線の照射が開始されたタイミングとして検出することができる。同様に、制御部４９は、信号量ｍ（ｋ）（あるいは、信号量ｍ（ｋ）からなる信号列から補間によって生成された数値列の値でもよい。）が閾値を下回った時刻を放射線の照射が停止されたタイミングとして検出することができる。

あるいは、制御部４９は、以下で説明するように、信号処理部４０から提供される放射線情報（ここでは、照射量ｍ（ｋ））に基づいて放射線の積算照射量を検出することもできる。図９には、放射線の照射強度に基づいて積算照射量を検出する動作のタイミングチャートが示されている。

信号処理部４０は、図８に示された動作と同様に、信号量ｍ（１）、ｍ（２）、・・・、ｍ（Ｎ）、ｍ（１）、ｍ２（２）・・・からなる信号列を出力する。制御部４９は、時刻ｔ１１１において第１センサグループＳＧ１（ＳＵ１）の信号量ｍ（１）を受け取る。そして、制御部４９は、制御部４９内に保持してあった積算信号量ｍ’（１）にｍ（１）を加えた値を新たなｍ’（１）とし、次回の第１センサグループＳＧ１（ＳＵ１）の信号量ｍ（１）の検出まで保持する。同様に、制御部４９は、他のセンサグループ、即ち第ｋセンサグループＳＧｋについても、積算信号量ｍ’（ｋ）を随時演算し保持する。これにより、積算信号量ｍ’（１）、ｍ’（２）、・・・、ｍ’（Ｎ）、ｍ’（１）、ｍ’２（２）・・・からなる信号列が得られる。

制御部４９は、いずれかのセンサグループの積算信号量ｍ’（ｋ）が閾値Ｔｈ２を超えた時刻（ｔ１１４）を積算照射量が適正量に達したと判断することができる。なお、照射強度を示す情報として、図８を参照して説明しように各時点での信号量ｍ（ｋ）を用いてもよいし、積算信号量ｍ’（ｋ）のセンサグループ間の差分（ｍ’（２）−ｍ’（１）など）を用いてもよい。

図１０には、図９を参照して説明した動作のフローチャートが示されている。この動作は、準備工程（Ｓ１０１０〜Ｓ１０１４）、演算工程（Ｓ１０１６〜Ｓ１０２０）、制御工程（Ｓ１０２４、Ｓ１０２６）を含みうる。

まず、準備工程（Ｓ１０１０〜Ｓ１０１４）について説明する。Ｓ１０１０では、制御部４９は、センサグループＳＧ１〜ＳＧＮのセンサ１１１をリセットする。具体的には、制御部４９は、センサグループＳＧ１〜ＳＧＮのセンサ１１１のスイッチ１３１を導通状態にし、変換素子１２１に蓄積されている電荷（ダーク電荷など）を除去する。Ｓ１０１２では、制御部４９は、制御部４９内のメモリに保持された積算信号量ｍ’（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）をクリアする。Ｓ１０１４では、センサグループと特定する変数ｋを１に設定する。準備工程では、その他、センサグループＳＧ１〜ＳＧＮ間のオフセット補正および／または感度補正がなされてもよい。

次いで、演算工程（Ｓ１０１６〜Ｓ１０２０）について説明する。Ｓ１０１６では、制御部４９は、第ｋセンサグループＳＧｋ（第ｋセンサユニットＳＵｋ）の信号量ｍ（ｋ）を信号処理部４０から取得する。Ｓ１０１８では、制御部４９は、制御部４９内に保持された第ｋセンサグループＳＧｋの積算信号量ｍ’（ｋ）に信号量ｍ（ｋ）を加算し、新たな積算信号量ｍ’（ｋ）の値とする。Ｓ１０２０では、制御部４９は、積算信号量ｍ’（ｋ）が閾値Ｔｈ２を超えたかどうかを判断し、超えた場合には処理をＳ１０２４に進め、超えていない場合には、Ｓ１０２２においてｋの値を１だけ変更して、処理をＳ１０１６に戻す。

次いで、制御工程（Ｓ１０２４、Ｓ１０２６）について説明する。Ｓ１０２４では、制御部４９は、放射線源１に放射線の照射を停止させる。Ｓ１０２６では、制御部４９は、行選択部２０および読出部３０を制御して、画像を読み出させる。

以上の処理に代えて、信号処理部４０に積分回路を備えて、該積分回路によって積算照射量を求めてもよい。

以下、第１実施形態の効果を例示的に説明するが、これは、本発明を制御することを意図したものではない。変換素子１２１とスイッチ１３１とを有するセンサ１１１からの信号に基づいて放射線強度や積算照射量などの放射線情報を検出する際、放射線情報の検出精度は信号雑音比（ＳＮＲ）に依存する。ＳＮＲは、変換素子１２１、スイッチ１３１および信号処理部４０などで発生するランダムノイズに対する信号値（信号量）の比である。

放射線情報の検出頻度（あるいは信号蓄積期間）が決まっている場合、Ｍ×Ｎ個の全てのセンサ１１１から同時に信号を読み出すと、１個の検知画素から信号を読み出す場合と比較して信号量はＭ×Ｎ倍となる。また、ランダムノイズのうち変換素子１２１の容量に比例する成分（ｋＴＣノイズ）は√（Ｍ×Ｎ）倍となり、他の成分は同一である。

一方、第１実施形態では、Ｎ個のセンサグループ（センサユニット）ごとに、Ｍ個の信号を同時に読み出す。また、各センサグループ（センサユニット）のセンサ１１１における信号蓄積期間は、Ｍ×Ｎ個の全てのセンサ１１１から同時に信号を読み出す場合のＮ倍になるので、信号量もＮ倍になる。よって、第１実施形態では、１回の読出動作で得られる信号量は、１個のセンサ１１１から信号を読み出す場合のＭ×Ｎ倍となる。また、第１実施形態では、ランダムノイズのうちｋＴＣノイズは√Ｍ倍となり、他の成分は同一である。よって、第１実施形態によれば、Ｍ×Ｎ個の全てのセンサ１１１から同時に信号を読み出す場合に比べて、ＳＮＲ、即ち検出精度を高めることができる。

また、第１実施形態では、１回の読出動作でＭ×Ｎ個のセンサ１１１のうちＭ個のセンサ１１１の信号を読み出し、この信号をＭ×Ｎ個のセンサ１１１の出力値の代表値とする動作をセンサグループ（センサユニット）を変更しながら行う。これによって、放射線情報の検出頻度（時間分解能）を高めることができる。

以下、放射線検出領域８０の配置、形状、大きさについて補足する。ヒトなどを被検体とする放射線撮影において、適正な明るさの画像を得るために、肺野・腹腔・脊柱・関節等の部分に対応する位置における積算照射量を監視し、放射線照射量を調節することが広く行われている。一般的には、このような方法では、被検体と放射線撮像装置との間の位置決めの容易さを考慮し、放射線を検出する領域は、放射線強度が概ね一様とみなせる領域とされうる。例えば、ヒトの胸部の放射線撮像において、撮像領域９０に対し被検体２が図２（ｃ）のように配置されるとき、肺野部（５ｃｍ角程度）に対応する領域において放射線強度が概ね一様と考えることができる。一般的には、放射線検出領域８０の配置、形状、大きさは、放射線撮像において中心となる部位（腰椎、骨盤、関節、乳房など）の形状および大きさに応じて決定されうる。放射線検出領域８０の形状は、正方形でもよいし、円形等の他の形状でもよい。放射線検出領域８０の大きさは、ヒトの肺野・腹腔・脊柱・関節を中心とした撮影では３〜５ｃｍ程度、乳房の撮像では０．５〜１ｃｍ程度が好ましい。

以下、センサ１１１の配置について補足する。図２（ｃ）に例示されるような撮像条件では、被検体２が均一ではないので、放射線検出領域８０において被検体２を透過した放射線強度の分布は均一ではない。例えば、ヒトの胸部には肋骨が２〜３ｃｍの間隔で存在し、この部分の放射線の透過率は低い。ヒトの他の部位も、骨部と軟部組織が約１〜数ｃｍの間隔で周期的に存在する。このため、各センサグループ（センサユニット）におけるセンサ１１１の配置ピッチは、骨部と軟部組織とからなる部分における周期の最小値（１ｃｍ程度）の半分以下、すなわち５ｍｍ程度以下で配置することが好ましい。各センサグループ（センサユニット）を構成する複数（Ｍ個）のセンサ１１１を放射線検出領域８０内に均等に分散して配置することにより、得られる放射線情報を十分に平均化することができる。これによって、複数のセンサグループ（センサユニット）間の低減することができる。１つのセンサグループ（センサユニット）当たりのセンサ１１１の個数（Ｍ）を増加させるほど、平均化の効果は高まる。

各センサグループ（センサユニット）における信号蓄積期間は、サンプリング間隔とセンサグループ（センサユニット）の個数（Ｎ）との積となるので、センサグループ（センサユニット）の個数（Ｎ）を増加させることが有利である。実際には、Ｎは信号処理部４０の応答時定数や、要求される放射線情報の検出頻度などに応じて決定されうる。なお、ＮおよびＭの値が大きすぎると、画素１１によって取得される画像に悪影響（画素の抜け）が発生するため、ＮやＭは、上述した効果と、画像上の悪影響のバランスを勘案して決定されうる。放射線検出領域８０を一辺５ｃｍの正方形とした場合、例えば、Ｎ＝２５、Ｍ＝１００とすれば、画像上の悪影響がない範囲で高い平均化効果を得ることができる。各センサグループ（センサユニット）を放射線検出領域８０内に２次元行列状に配置する場合、その配置ピッチは
５ｃｍ／√（１００） ＝ ５ｍｍ
となり、配置間隔に関する上述の条件を満たすため好ましい。

一般的な放射線照射期間（１〜１０００ｍｓ程度）に対し、被検体の無用な被曝を防ぐため、放射線照射期間は誤差１％（０．０１〜１０ｍｓ）で制御する必要がある。このとき、信号処理部４０によるサンプリング間隔は０．０１〜１０ｍｓ以下であればよく、一般的な回路（積分増幅器など）によって信号処理部４０を構成することができる。また、Ｎ＝２５であるので、各センサグループ（センサユニット）のセンサにおける信号蓄積期間は０．２５ｍｓ〜２５０ｍｓ程度となり、十分な信号量が得られる。センサグループ（センサユニット）の個数Ｎは、被険体に合わせ、放射線検出領域ごとに異なってもよい。

以下、第１実施形態のいくつかの変形例を説明する。図１１には、第１変形例が記載されている。放射線撮像装置４が放射線照射の開始を検出する機能を有する場合に有用である。放射線照射の開始は、例えば、放射線源１からの通知によって、または、放射線の照射を放射線撮像装置４に備えられた検知部によって検出することができる。制御部４９は、時刻ｔ００において放射線照射の開始を検出すると、時刻ｔ００からｔ０１の期間において全てのセンサグループＳＧ１〜ＳＧＮ（センサユニットＳＵ１〜ＳＵＮ）のセンサ１１１のスイッチ１３１を導通状態にする。これによって、これらのセンサ１１１がリセットされる。このリセットによって、余分な電荷（ダーク電荷など）が除去される。次いで、制御部４９は、全てのセンサグループＳＧ１〜ＳＧＮ（センサユニットＳＵ１〜ＳＵＮ）のセンサ１１１のスイッチ１３１を非導通状態に戻し、信号の蓄積を開始させる。その後は、図８または図９に示された動作を同一である。第１変形例によれば、放射線照射の開始後の放射線情報を正確に検出することができる。

図１２、図１３、図１４には、第２変形例が示されている。第２変形例では、センサ１１１がセンサ１１１’によって置き換えられ、放射線検出領域８０にはセンサ１１１’のみが配置されている。センサ１１１’は、画素としても機能する。つまり、センサ１１１’は、放射線を電気信号に変換する変換素子１２１と、スイッチ１３１とを含む他、放射線を電気信号に変換する変換素子１２と、スイッチ１３とを含む。つまり、センサ１１１’は、画素１１とセンサ１１１とを組み合わせた構成を有する。第２変形例では、撮像領域９０は、複数の行および複数の列を構成するように、複数の画素１１、および、複数のセンサ１１１’が配列されている。複数の行のそれぞれにおける画素の個数（画素１１の個数とセンサ１１１’個数との和）は互いに等しい。

第２変形例によれば、センサ１１１’を配置することによる画素１１の欠落による放射線画像情報の欠落が発生しないため、得られる放射線画像の品質を向上させることができる。また、センサ１１１’を配置することによる画素１１の欠落による放射線画像情報の欠落が発生しないため、センサ１１１’の個数を増やすために有利である。これは、放射線情報の検出頻度の向上および検出精度の向上に有利である。

図１５には、第３変形例が示されている。ここで、図１５では、センサ１１１は、それが属するセンサグループを示すＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４として図示されている。第３変形例では、異なる列に配置された検出信号線１６１が相互に分離されている。また、第３変形例では、各検出信号線１６１に対して１つの信号検出部３９が対応するように複数の信号検出部３９が設けられ、複数の信号検出部３９とＡＤ変換器３３との間にマルチプレクサ３２が配置されている。マルチプレクサ３２は、複数の信号検出部３９の出力を所定の順番にしたがって選択してＡＤ変換器３３に供給する。各信号検出部３９は、図５に例示された構成を有しうる。積分増幅器３１は、非反転増幅器または反転増幅器などの他の増幅器で置き換えられてもよい。

図１５に示された例では、１つの検出信号線１６１には、１つのセンサグループ（センサユニット）のセンサ１１１のみが接続されているが、互いに異なるセンサグループ（センサユニット）のセンサ１１１が接続されてもよい。

信号検出部３９は、検出信号線１６１をリセットする機能（リセットスイッチ３４）を有しうる。第３変形例では、異なる列に配置された検出信号線１６１が相互に分離されているので、各信号検出部３９から見た検出信号線１６１の静電容量が小さい。そのため、信号検出部３９による検出信号線１６１のリセットのために要する時間が短縮される。したがって、読出動作に要する時間やサンプリング間隔を短縮することができる。これは、放射線情報の検出頻度を高くするために有利である。

あるいは、放射線情報の検出頻度を維持しつつ、例えば、信号検出部３９の入力側にローパスフィルタを設け、外部電磁場からのノイズの影響を低減してもよい。

あるいは、信号処理部４０を上記の複数の技術の組み合わせによって構成してもよい。例えば、信号の読出に要する時間が短い回路で放射線照射の開始を検出し、ノイズ対策された回路で積算照射量の測定を行うこともできる。

更に、信号処理部４０が検出信号線１６１ごとにリセットスイッチ３４を備える場合、図１６に示されるように、センサ１１１の変換素子１２１は、スイッチ１３１を介することなく検出信号線１６１に接続されてもよい。各センサグループ（センサユニット）のセンサ１１１の信号蓄積時間は、リセットスイッチ３４の開閉のタイミングによって決定することができ、図８等に示された動作と同様の動作を行うことができる。図１７には、図１６に示されたセンサ１１１の平面図（レイアウト図）が示されている。図１８には、図１７のＢ−Ｂ’線に沿った断面図が示されている。スイッチ１３１の省略によってセンサ１１１の構造が単純化される。これは、歩留まりの向上に有利である。

[第２実施形態]
第２実施形態では、図１９に示されているように、各センサユニットが２つのセンサグループで構成される。例えば、第１センサユニットＳＵ１は、第１センサグループＳＧ１と第２センサグループＳＧ２とで構成される。換言すると、第１センサユニットＳＵ１は、第１センサグループＳＧ１のセンサ（第１センサ）１１１と、第２センサグループＳＧ２のセンサ（第２センサ）１１１とで構成される。また、第２センサユニットＳＵ２は、第３センサグループＳＧ３と第４センサグループＳＧ２とで構成される。換言すると、第２センサユニットＳＵ２は、第３センサグループＳＧ３のセンサ（第３センサ）１１１と、第４センサグループＳＧ４のセンサ（第４センサ）１１１とで構成される。第２実施形態の放射線撮像装置４は、撮像領域９０の構成については、第１実施形態と同様でありうる。

図２０には、第２実施形態の放射線撮像装置４の動作が示されている。ここでは、例示的に、放射線情報として放射線強度を検出する方法を説明する。センサ制御部４１は、第１センサグループＳＧ１から第ＮセンサグループＳＧＮを個別に制御する第ｋセンサ制御線４１１（ｋ＝１〜Ｎ）に対して所定の手順にしたがって電圧パルス（センサ制御信号）を印加する。

具体的には、第１センサユニットＳＵ１の一部を構成する第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１を制御する第１センサ制御線４１１は、ｔ１１からｔ１２までの期間においてハイレベルに駆動される。また、第１センサユニットＳＵ１の他の一部を構成する第２センサグループＳＧ２のセンサ（第２センサ）１１１を制御する第２センサ制御線４１１は、時刻ｔ１１からｔ１２までの期間と時刻ｔ２１からｔ２２までの期間とにおいてハイレベルに駆動される。

以下、同様に、第２センサユニットＳＵ２の一部を構成する第３センサグループＳＧ３のセンサ１１１を制御する第３センサ制御線４１１は、ｔ３１からｔ３２までの期間においてハイレベルに駆動される。また、第２センサユニットＳＵ２の他の一部を構成する第４センサグループＳＧ４のセンサ（第２センサ）１１１を制御する第４センサ制御線４１１は、時刻ｔ３１からｔ３２までの期間と時刻ｔ４１からｔ４２までの期間とにおいてハイレベルに駆動される。

以上のようにして、第１センサユニットＳＵ１〜第（Ｎ／２）センサユニットＳＵ（Ｎ／２）が駆動された後、再び、第１センサユニットＳＵ１〜第（Ｎ／２）センサユニットＳＵ（Ｎ／２）が同様に駆動される。

具体的には、第１センサユニットＳＵ１の一部を構成する第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１を制御する第１センサ制御線４１１は、ｔ１３からｔ１４までの期間においてハイレベルに駆動される。また、第１センサユニットＳＵ１の他の一部を構成する第２センサグループＳＧ２のセンサ（第２センサ）１１１を制御する第２センサ制御線４１１は、時刻ｔ１３からｔ１４までの期間と時刻ｔ２３からｔ２４までの期間とにおいてハイレベルに駆動される。

以下、同様に、第２センサユニットＳＵ２の一部を構成する第３センサグループＳＧ３のセンサ１１１を制御する第３センサ制御線４１１は、ｔ３３からｔ３４までの期間においてハイレベルに駆動される。また、第２センサユニットＳＵ２の他の一部を構成する第４センサグループＳＧ４のセンサ（第２センサ）１１１を制御する第４センサ制御線４１１は、時刻ｔ３３からｔ３４までの期間と時刻ｔ４３からｔ４４までの期間とにおいてハイレベルに駆動される。

一方、信号処理部４０は、時刻ｔ１２からｔ１３の期間に第１センサユニットＳＵ１の一部を構成する第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１の変換素子１２１に蓄積された信号を信号量ｍ（１）として検出する。信号処理部４０はまた、時刻ｔ１２からｔ２１の期間に第１センサユニットＳＵ１の他の一部を構成する第２センサグループＳＧ２のセンサ（第２センサ）１１１の変換素子１２１に蓄積された信号を信号量ｍ（２）として検出する。そして、信号処理部４０は、ｍ（１）−ｍ（２）を演算し、時刻ｔ２１１においてｍ（１）−ｍ（２）を制御部４９に出力する。ここで、時刻ｔ１２からｔ２１の期間は、第１センサグループＳＧ１のセンサ１１１の信号蓄積期間ＳＡＰの長さである第１時間より短い第３時間である。

同様に、信号処理部４０は、時刻ｔ３２からｔ３３の期間に第２センサユニットＳＵ２の一部を構成する第３センサグループＳＧ３のセンサ１１１の変換素子１２１に蓄積された信号を信号量ｍ（３）として検出する。信号処理部４０はまた、時刻ｔ３２からｔ４１の期間（第３時間）に第２センサユニットＳＵ２の他の一部を構成する第４センサグループＳＧ４のセンサ１１１の変換素子１２１に蓄積された信号を信号量ｍ（４）として検出する。そして、信号処理部４０は、ｍ（３）−ｍ（４）を演算し、時刻ｔ２１２においてｍ（３）−ｍ（４）を制御部４９に出力する。

以降、信号処理部４０は、第（Ｎ／２）センサユニットＳＵ（Ｎ／２）まで同様の処理を実行し、その後、同様の処理を第１センサユニットから第（Ｎ／２）センサユニットＳＵ（Ｎ／２）まで繰り返す。

これにより、時刻ｔ２１１からｔ２１２までの期間をサンプリング間隔（周期＝第２時間）としてＭ（ｋ）＝ｍ（ｋ−１）−ｍ（ｋ）の数値列が得られる。このＭ（ｋ）の数値列を第１実施形態におけるｍ（ｋ）と同様の取り扱うことによって、放射線照射の開始および終了タイミングや、積算照射量を検出することができる。

センサ１１１から出力される信号は、センサ１１１の変換素子１２１およびスイッチ１３１や信号処理部４０が受ける外乱（外部電磁場や温度変化等）によってオフセット成分が重畳しうる。第２実施形態によれば、ｍ（ｋ−１）−ｍ（ｋ）を演算することによって、オフセット成分を除去することができる。よって、放射線情報をより正確に検出することができる。

[応用例]
図２１には、放射線撮像システムのより具体的な構成例が示されている。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６０４０に含まれる各変換素子１２に入射する。この入射したＸ線には被験者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素子１２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。

１：放射線源、１００：基板、１１：画素、１１１：センサ、１２：変換素子、１２１：変換素子、１５：画素制御線、１６：列信号線、１６１：検出信号線、４０：信号処理部、４１：センサ制御部、４１１：センサ制御線、ＳＧ１〜ＳＧ４：センサグループ

Claims (9)

1. 放射線画像を取得するための複数の画素と、放射線を検出するための複数のセンサユニットとを有する放射線撮像装置であって、
   各センサユニットは、放射線を電気信号に変換し、該電気信号を信号蓄積期間において蓄積するセンサを含み、
   前記放射線撮像装置は、
   前記複数のセンサユニットのそれぞれの前記センサにおける信号蓄積期間が、第１時間を有し、かつ、前記第１時間より短い第２時間だけ相互にずれるように、前記複数のセンサユニットを制御する制御部と、
   前記制御部によって制御されている前記複数のセンサユニットからの信号に基づいて、前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始の検知、放射線の照射を停止させるべきタイミングの決定、放射線の積算照射量の検知、の少なくともいずれかに利用される、放射線に関する情報を、前記第２時間を周期として、出力する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記信号処理部は、前記複数のセンサユニットからの信号を増幅する増幅器を含み、前記増幅器によって増幅された信号を前記情報として出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記信号処理部は、前記複数のセンサユニットのそれぞれの前記センサからの信号をセンサユニットごとに積算した値を、前記放射線の積算照射量の検知に利用される、前記放射線に関する情報として出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記制御部は、前記放射線撮像装置に対する放射線の照射の開始の検知に応じて、前記複数のセンサユニットをリセットし、その後に、前記複数のセンサユニットのそれぞれの信号蓄積期間が、前記第１時間を有し、かつ、前記第２時間だけ相互にずれるように、前記複数のセンサユニットを制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の画素は、複数の行および複数の列を構成するように配列され、前記複数の行のそれぞれにおける画素の個数が互いに等しい、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記制御部は、前記複数のセンサユニットのそれぞれにおいて信号蓄積期間が繰り返されるように前記複数のセンサユニットを制御する、
   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. 各センサユニットは、前記センサを含む複数のセンサを含み、各センサは、放射線を電気信号に変換し蓄積する変換素子と、前記変換素子と検出信号線との間に配置されたスイッチとを含み、各センサユニットを構成する前記複数のセンサのそれぞれの前記スイッチは、共通の制御線によって制御され、
   各センサユニットからの信号は、前記検出信号線を介して前記信号処理部に送られる、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 各センサユニットは、第２センサを更に含み、
   前記複数のセンサユニットのそれぞれの前記第２センサにおける信号蓄積期間が、前記第１時間より短い第３時間を有し、
   前記信号処理部は、各センサユニットにおける前記センサからの信号と前記第２センサからの信号との差分に応じた信号を前記放射線に関する情報として出力する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 放射線を発生する放射線源と、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像システム。