JP6706963B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、及び、放射線撮像装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システム、及び、放射線撮像装置の制御方法に関する。

放射線を電荷に変換する変換素子と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチ素子とを組み合わせた画素がアレイ状に配された平面型の検出器（ＦＰＤ）を含む放射線撮像装置が広く利用されている。こうした放射線撮像装置において、自動露出制御（ＡＥＣ）機能が知られている。ＡＥＣ機能は、放射線の照射中、放射線撮像装置に入射する放射線の照射量の検出を行う。特許文献１には、複数の画素の中から照射量を検出するために選択した画素のスイッチ素子を放射線の照射開始からオン動作（導通）させ、この画素から出力される信号の累積値が設定された閾値を越えた場合、放射線の照射を停止する放射線撮像装置が示されている。

特開２０１０−７５５５６号公報

従来の放射線撮像装置において、放射線画像の撮像前に、放射線撮像装置に配されたそれぞれの画素に暗電流によって発生する電荷を取り除くために、それぞれの画素を所定の周期で繰り返してリセットするリセット動作が行われる。リセット動作中は、すべての画素を順次、行ごとにリセットしていく。特許文献１に示されるように放射線の照射指令に従って直ちに読出動作に移行した場合、選択された照射量を検出する画素において、最後のリセットから照射量を検出するための最初の信号の読み出しまでの時間がばらつく可能性がある。リセットから読出動作までの時間がばらついた場合、暗電流に起因する電荷量がばらつくことによって読み出される電荷量がばらつくため、検出される放射線の照射量の精度が低下する可能性がある。

本発明は、放射線撮像装置に入射する放射線の照射量をより正確に検出する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、複数の画素が配された放射線画像を撮像する撮像部と、処理部と、を有する放射線撮像装置であって、複数の画素のうち一部の画素は、放射線撮像装置に入射する放射線の照射量の累計値を放射線画像とは別に取得するために放射線を検出する検出素子として用いられ、処理部は、ユーザからの曝射要求を受ける前に複数の画素を繰り返しリセットする動作を行わせ、曝射要求に従って複数の画素のうち一部の画素のみをリセットするリセット動作を行わせ、リセット動作の後に複数の画素のうち一部の画素からの信号に基づいて放射線の照射量の累計値を計算することを特徴とする。

上記手段によって、放射線撮像装置に入射する放射線の照射量をより正確に検出する技術が提供される。

本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の検出部の構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の画素の断面図。 図１の放射線撮像装置の等価回路図。 図１の放射線撮像システムの比較例の駆動方法を示すフロー図。 図１の放射線撮像システムの比較例の駆動方法を示すタイミング図。 図１の放射線撮像システムの駆動方法を示すフロー図。 図１の放射線撮像システムの駆動方法を示すタイミング図。 図１の放射線撮像システムの駆動方法を示すタイミング図。

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。

図１〜９を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置及び放射線撮像システムの構成及び動作について説明する。図１は、本発明の実施形態における放射線撮像装置２１０を用いた放射線撮像システム２００の構成例を示す図である。放射線撮像システム２００は、放射線によって形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（すなわち、放射線画像データ）を得るように構成される。

放射線撮像システム２００は、放射線撮像装置２１０、照射制御部２２０、放射線源２３０及びコンピュータ２４０を含む。放射線源２３０は、照射制御部２２０からの照射指令に従って放射線を照射する。放射線源２３０から放射された放射線は、被検体（不図示）を通り放射線撮像装置２１０に照射される。また、放射線源２３０は、照射制御部２２０からの照射停止指令に従って放射線の照射を停止する。

放射線撮像装置２１０は、放射線画像を撮像するための撮像部２１２と、入射する放射線の照射量を検出するための処理部２１４とを含む。撮像部２１２は、放射線画像を撮像するための複数の画素と放射線の照射量を検出するための検出素子とが配された画素アレイを含む。処理部２１４は、撮像部２１２から出力される信号に基づいて、入射する放射線の照射量を検出し、放射線源２３０からの放射線の照射を停止させるための照射停止信号を出力する。照射停止信号は、照射制御部２２０に供給され、照射制御部２２０は照射停止信号に応じて、放射線源２３０に照射停止指令を送る。また、本実施形態において処理部２１４は、撮像部２１２の動作を制御する。処理部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）によって構成されてもよい。また、処理部２１４は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）や、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータによって構成されてもよい。また、処理部２１４は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されてもよい。また、撮像部２１２の動作の制御は処理部２１４で行うことに限られることはなく、撮像部２１２の動作を制御するための制御部を処理部とは別に配してもよい。また、この場合、別に配された制御部が、ＦＰＧＡなどのＰＬＤやＡＳＩＣなどによって構成されてもよい。

コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０及び照射制御部２２０の制御を行う。また、コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０から出力される放射線画像データを受信し、放射線画像データの処理を行う。一例において、照射制御部２２０は、曝射スイッチを備え、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、照射指令を放射線源２３０に送るほか、放射線の照射の開始を示す開始通知をコンピュータ２４０に送る。開始通知を受けたコンピュータ２４０は、開始通知に応じて、放射線の照射の開始を放射線撮像装置２１０の処理部２１４に通知する。

図２に、放射線撮像装置２１０の撮像部２１２の構成例を示す。撮像部２１２は、放射線画像を撮像するための複数の画素ＰＩＸを含む画素アレイ１１２を備える。また、撮像部２１２は、画素アレイ１１２を駆動するための駆動回路（行選択回路）１１４及び画素ＰＩＸからの信号を検出するための読出部１１３を備える。また、撮像部２１２は、駆動回路１１４からの駆動信号をそれぞれの画素ＰＩＸで伝送するためのゲート線Ｇ及びそれぞれの画素ＰＩＸから出力される信号を読出部１１３に伝送するための列信号線Ｓｉｇを含む。図２において説明の簡単化のために画素アレイ１１２には、３行×３列の画素ＰＩＸが配されているが、実際には、より多くの画素ＰＩＸが画素アレイ１１２に配されうる。例えば、１７インチの画素アレイ１１２では、約３０００行×約３０００列の画素ＰＩＸを有しうる。

それぞれの画素ＰＩＸは、放射線を検出する変換素子Ｃと、変換素子Ｃと列信号線Ｓｉｇとを接続するスイッチＳＷとを含む。変換素子Ｃは、変換素子Ｃに入射した放射線の量に応じた電気信号（電荷）を、スイッチＳＷを介して列信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｃは、放射線を直接に電気信号に変換する直接型として構成されてもよいし、放射線を光に変換した後に、変換された光を検出する間接型として構成されてもよい。変換素子Ｃが間接型の場合、放射線を光に変換するためのシンチレータが、複数の画素ＰＩＸによって共有されうる。

スイッチＳＷは、例えば、制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタで構成されうる。変換素子Ｃは、２つの主電極を有し、変換素子Ｃの一方の主電極は、スイッチＳＷの２つの主端子のうち一方の主端子に接続され、変換素子Ｃの他方の主電極は、共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス電源１０３に接続されている。バイアス電源１０３は、バイアス電圧Ｖｓを、それぞれの変換素子Ｃに供給する。第１行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ１に接続され、第２行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ２に接続され、第３行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ３に接続される。ゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３には、駆動回路１１４によってそれぞれ駆動信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３が供給される。

第１列の画素ＰＩＸのスイッチＳＷの主端子のうち変換素子Ｃと接続しない主端子が第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続される。第２列の画素ＰＩＸのスイッチＳＷのうち変換素子Ｃと接続しない主端子が第２列の列信号線Ｓｉｇ２に接続される。第３列の画素ＰＩＸのスイッチＳＷのうち変換素子Ｃと接続しない主端子が第３列の列信号線Ｓｉｇ３に接続される。それぞれの列信号線Ｓｉｇは容量ＣＣを有する。

読出部１１３は、１つの列信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように、複数の列増幅部ＣＡを有する。それぞれの列増幅部ＣＡは、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７、バッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、それに対応する列信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、演算増幅器と、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量と、リセットスイッチと、を含みうる。演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。リセットスイッチをオン動作させることによって積分容量がリセットされるとともに、列信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。リセットスイッチは、処理部２１４から供給されるリセットパルスによって制御されうる。

可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５によって設定された増幅率で信号を増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変増幅器１０４から出力された信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７は、例えば、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７から出力された信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。サンプリングスイッチは、処理部２１４から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。

また、読出部１１３は、複数の列信号線Ｓｉｇのそれぞれに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を、所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含む。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含む。シフトレジスタは、処理部２１４から供給されるクロック信号に従ってシフト動作を行う。シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡから１つの信号が選択される。また、読出部１１３は、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリング（インピーダンス変換）するバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、すなわち放射線画像データは、コンピュータ２４０に供給される。

図３に、間接型の検出素子Ｃを備える画素ＰＩＸの断面構造の一例を示す。画素ＰＩＸは、ガラス基板など絶縁性の基板３１０の上に形成される。また例えば、基板３１０に金属や半導体の基板を用い、基板の上に絶縁層を介して画素ＰＩＸが形成されてもよい。画素ＰＩＸは、基板３１０の上に、導電層３１１、絶縁層３１２、半導体層３１３、不純物半導体層３１４及び導電層３１５を含む。導電層３１１は、スイッチＳＷを構成するトランジスタ（例えばＴＦＴ）のゲートを構成する。絶縁層３１２は、導電層３１１を覆うように配され、半導体層３１３は、絶縁層３１２を介して導電層３１１のうちゲートを構成する部分の上に配されている。不純物半導体層３１４は、スイッチＳＷを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）を構成するように半導体層３１３の上に配置される。導電層３１５は、スイッチＳＷを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）にそれぞれ接続された配線パターンを構成する。導電層３１５の一部は、列信号線Ｓｉｇを構成し、他の一部は、変換素子ＣとスイッチＳＷとを接続するための配線パターンを構成する。

画素ＰＩＸは、更に、絶縁層３１２および導電層３１５を覆う層間絶縁膜３１６を含み、層間絶縁膜３１６には、導電層３１５を介してスイッチＳＷと接続するためのコンタクトプラグ３１７が設けられる。画素ＰＩＸには、層間絶縁膜３１６の上に変換素子Ｃが配される。図３には、変換素子Ｃは、放射線を光に変換するシンチレータ３２５を含む間接型の変換素子として構成される。変換素子Ｃは、層間絶縁膜３１６の上に積層された導電層３１８、絶縁層３１９、半導体層３２０、不純物半導体層３２１、導電層３２２、保護層３２３、接着層３２４及びシンチレータ３２５を含む。

導電層３１８、導電層３２２は、それぞれ、変換素子Ｃを構成する光電変換素子の下部電極、上部電極を構成する。導電層３２２は、例えば、透明材料で構成される。導電層３１８、絶縁層３１９、半導体層３２０、不純物半導体層３２１、導電層３２２は、光電変換素子としてＭＩＳ型センサを構成する。また、変換素子Ｃは、ＭＩＳ型に限定されず、例えば、ｐｎ型やｐｉｎ型のフォトダイオードでもよい。不純物半導体層３２１は、例えば、ｎ型の不純物半導体で形成される。シンチレータ３２５は、例えば、酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ）などのガドリニウム系の材料や、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などの材料によって形成される。

また、変換素子Ｃは、入射した放射線を直接に電気信号（電荷）に変換する直接型の変換素子として構成されてもよい。直接型の変換素子Ｃとして、例えば、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヨウ化鉛（ＰｂＩ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）などを主材料とする変換素子を挙げることができる。この場合、シンチレータ３２５は、配されなくてもよい。

図３に示される構成では、画素アレイ１１２が形成された面に対する正射影において、列信号線Ｓｉｇのそれぞれが、それぞれの画素ＰＩＸの一部と重なっている。このような構成は、画素ＰＩＸの変換素子Ｃの面積を大きく点で有利であるが、一方で、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｃとの間の容量結合が大きくなるという点で不利である。変換素子Ｃに放射線が入射し、変換素子Ｃに電荷が蓄積されて下部電極としての導電層３１８の電位が変化したとき、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｃとの間の容量結合によって列信号線Ｓｉｇの電位も変化する。画素ＰＩＸと列信号線Ｓｉｇとの重なりは、放射線撮像装置２１０に要求される仕様に合わせて、適宜設計を行えばよい。

次に、図４〜９を参照しながら放射線撮像装置２１０及び放射線撮像システム２００の動作を説明する。放射線撮像システム２００の動作は、コンピュータ２４０によって制御される。放射線撮像装置２１０の動作は、コンピュータ２４０による制御の下で、処理部２１４によって制御される。

図４は、画素アレイ１１２の簡易的な等価回路図である。図４に示す構成において、画素アレイ１１２は、３行×７列の画素ＰＩＸを含む。本実施形態において、複数の画素ＰＩＸのうちゲート線ＧＡ、ＧＢ、ＧＣのそれぞれに接続された画素ＰＩＸを、入射する放射線の照射量を検出するための検出素子１２１、１２２、１２３として用いる。本実施形態において、検出素子１２１、１２２、１２３は他の画素ＰＩＸと同様の構造を有し、放射線画像データを構成する信号を形成しうる。また、検出素子１２１、１２２、１２３から放射線の照射中においても信号を読み出すことによって、入射する放射線の照射量を検出し、例えば自動露出制御（ＡＥＣ）の演算に用いることができる。図４に示す構成において、３行×７列の画素ＰＩＸのうち、１行おきに検出素子が設定されるが、実際には、例えば胸部の撮影に合わせ、肺野がカバーできるような位置に数百行に１行程度、検出素子が設定されてもよい。また、検出素子は１つだけであってもよいし、図４に示すように複数あってもよい。また、本実施形態において、検出素子は、複数の画素ＰＩＸから選択された画素ＰＩＸを用いるが、放射線の照射量を検出するために画素ＰＩＸとは異なる専用の検出素子を用いてもよい。

図５は、放射線撮像装置２１０及び放射線撮像システム２００の本実施形態に対する比較例の駆動方法を示すフロー図である。放射線撮像装置は、撮像を行うステップＳ４００の撮像動作を１回、行って静止画を撮像してもよいし、ステップＳ４００を複数回、繰り返し行うことによって動画を撮像してもよい。ここでは、ステップＳ４００の１回の撮像動作について説明する。

まず、ステップＳ４１０において、撮像準備がなされる。撮像準備は、例えば、撮像部位の設定、放射線の照射条件の設定、自動露出制御（ＡＥＣ）を行うための関心領域や露出情報の設定などを含みうる。これらは、例えば、コンピュータ２４０の入力装置を介してユーザによって設定されうる。露出情報の設定は、１つの関心領域における目標露出量の設定であってもよい。また、露出情報の設定は、複数の関心領域のそれぞれの露出量の最大値または平均値であってもよい。また、露出情報の設定は、複数の関心領域のそれぞれの露出量の最大値と最小値との差または比率であってもよい。また、露出情報の設定は、撮像部位もしくは放射線の照射条件（照射エネルギ）によって決定してもよい。露出情報の設定に応じて、処理部２１４において放射線の放射を放射線源２３０に停止させるべきタイミングを決定するための放射線の照射量の閾値が決定される。

撮像準備の後、ステップＳ４１２に移行する。ステップＳ４１２において、放射線源２３０から被検体を通して放射線撮像装置２１０への放射線の照射が開始されるまで、処理部２１４は、撮像部２１２を繰り返しリセットする。具体的には、処理部２１４は、撮像部２１２の駆動回路１１４及び読出部１１３にそれぞれの画素ＰＩＸを繰り返してリセットするリセット動作を行わせる。ステップＳ４１４において、ユーザにからの曝射要求が入力されたかを判断し、曝射要求の入力によって放射線の照射が開始されると判断した場合、リセット動作を終了してステップＳ４１７に進む。また、照射要求が入力されず放射線の放射が開始されていないと判断した場合、ステップＳ４１２に戻る。リセット動作は、駆動回路１１４が、画素アレイ１１２のゲート線Ｇ１、ＧＡ、Ｇ２、ＧＢ、Ｇ３、ＧＣ、Ｇ４に供給される駆動信号Ｖｇを順次、アクティブレベルに駆動し、それぞれの変換素子Ｃに蓄積されるダーク電荷を取り除く。また、リセット動作の際、積分増幅器１０５のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスが供給され、列信号線Ｓｉｇが基準電位にリセットされる。本明細書においてダーク電荷とは、変換素子Ｃに放射線が入射しないにも拘わらず発生する、例えば暗電流などに起因する電荷のことをいう。

次いで、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、ステップＳ４１７に進む。処理部２１４は、例えば、照射制御部２２０からコンピュータ２４０を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。また、放射線の照射の開始によって画素アレイ１１２のバイアス線Ｂｓまたは列信号線Ｓｉｇ等を流れる電流を検出する検出回路を設けてもよい。処理部２１４は、検出回路の出力に基づいて放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識すると、撮像動作は、ステップＳ４１７からステップＳ４１８へと進む。

ステップＳ４１８では、読出部１１３は、画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのうち、放射線の照射量を検出するための検出素子１２１〜１２３のそれぞれのスイッチＳＷを、行単位で導通させる。具体的には、駆動回路１１４が、画素アレイ１１２のゲート線ＧＡ〜ＧＣに供給される駆動信号ＶｇＡ〜ＶｇＣを順次、アクティブレベルに駆動する。駆動信号ＶｇＡ〜ＶｇＣがアクティブレベルになると、検出素子１２１〜１２３のそれぞれのスイッチＳＷが順次、導通しオン状態になる。これによって、変換素子Ｃに放射線の照射によって蓄積された電荷が、列信号線Ｓｉｇを介して読出部１１３に読み出される。ここで、スイッチＳＷをオン状態にする順番は、関心領域に合わせて、例えば放射線検出パネルの端部に設定された検出素子から順に行ってもよい。例えば、ゲート線ＧＡ→ＧＢ→ＧＣの順で駆動信号ＶｇＡ、ＶｇＢ、ＶｇＣをアクティブレベルにし、検出素子１２１、１２２、１２３の順に信号を繰り返して読み出す放射線の照射量を検出するための読出動作を行う。

ステップＳ４２０において、それぞれの検出素子１２１〜１２３から検出された放射線の照射量の累計値が、露出情報の設定に従って予め設定された放射線の線量の閾値よりも少ない場合、ステップＳ４１８を繰り返す。ステップＳ４２０において、放射線の照射量の累計値が、露出情報の設定に従って予め設定された放射線の線量の閾値を越えた場合、ステップＳ４２２に進み、処理部２１４は、放射線の照射を停止させるための照射停止信号を出力する。照射停止信号は、照射制御部２２０に供給され、照射制御部２２０は照射停止信号に応じて、放射線源２３０に照射停止指令を送る。放射線の照射が停止すると、ステップＳ４２４に進み、処理部２１４は、放射線画像データを生成するために、それぞれの画素ＰＩＸから放射線の照射によって生成された電荷を読み出す。

次に本実施形態の放射線撮像装置２１０及び放射線撮像システム２００の有用性を明らかにするために、図６を参照しながら比較例を説明する。図６は、放射線撮像装置２１０の駆動方法に対する比較例の駆動方法を示すタイミング図である。ステップＳ４１２からステップＳ４２４までの各駆動状態においてゲート線Ｇに印加される駆動信号Ｖｇと、検出素子１２１〜１２３から読み出された電荷の量である電荷情報を示している。また、図６には、検出素子１２１〜１２３のうち検出素子１２１の電荷情報から取得される入射した放射線の照射量の累計値が示される。

駆動信号ＶｇがＨＩレベルの場合、それぞれの画素ＰＩＸのスイッチＳＷは導通しオン状態になる。ステップＳ４１２において、撮像部２１２に含まれる画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３は、行ごとに順次、リセットを繰り返すリセット動作を行う。次いで、ユーザの曝射スイッチの操作による曝射要求信号によって、露光制御のための駆動に移行する場合を考える。ここでいう露光制御のための駆動とは、自動露光制御（ＡＥＣ）のために検出素子１２１〜１２３を行単位で繰り返して読み出す放射線の照射量を検出するための読出動作のことである。曝射スイッチがオンすることによって曝射要求が入力されると、期間Ｔ２のように、駆動信号ＶｇＡ、ＶｇＢ，ＶｇＣが順次ＨＩレベルになることによって、検出素子１２１〜１２３のスイッチＳＷが導通状態（オン状態）にされる。また、同時に読出部１１３を駆動させ電荷情報Ａ〜Ｃを得る。この電荷情報には、放射線から光に変換され変換素子Ｃで生成された信号成分Ｌａ〜Ｌｃと、入射した放射線の照射量の演算に必要のない変換素子Ｃのダーク電荷成分Ｄａ〜Ｄｃ、Ｄａ’〜Ｄｃ’を含む。

更にダーク電荷成分に着目すると、期間Ｔ２ａで読み出されるダーク電荷成分Ｄａの量と、期間Ｔ２ｂで読み出されるダーク電荷成分Ｄａ’の量は、互いに異なる。期間Ｔ１で行われるリセット動作において、全ての画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３のそれぞれが１度のリセットを開始してから次のリセットを開始するまでの時間を時間Ｔ１１とする。一方で、曝射要求によって放射線が照射されると、検出素子１２１〜１２３のそれぞれにおいて読み出しを開始してから次の読み出しが開始されるまでの時間を時間Ｔ１２とする。期間Ｔ２において、選択された検出素子１２１〜１２３の配される行のみを高速で駆動させるため、時間Ｔ１１≧時間Ｔ１２となる。この場合、例えばゲート線ＧＡのスイッチＳＷがリセット動作において最後にリセットを開始してから、読出動作において最初に信号の読み出しを開始するまでの時間と、読出動作において２回目以降に信号の読み出しを開始するまでの時間が異なる。このため、最後のリセットから最初の信号を読み出すまでに蓄積されるダーク電荷成分Ｄａの量と、２回目以降に信号を読み出すまでに蓄積されるダーク電荷成分Ｄａ’の量とは量が異なり、ダーク電荷成分Ｄａの量≧ダーク電荷成分Ｄａ’の量となる。このため、例えば、ダーク電荷成分を曝射直前の期間Ｔ２ａで読み出し、期間Ｔ２ｂで読み出された電荷情報から減算してダーク電荷成分を補正しようとする場合、放射線の照射によって生成された電荷成分まで失ってしまう可能性がある。また、ダーク電荷成分の量Ｄａ〜Ｄｃが、それぞれ異なってしまうため、例えば、放射線画像の撮像のごとに検出素子１２１〜１２３のうち異なる検出素子を選択した場合、実際に照射された放射線の照射量がばらついてしまう可能性がある。

上述のようなダーク電荷Ｄａ〜Ｄｃ及びＤａ’〜Ｄｃ’の影響を抑制するため、本実施形態における放射線撮像装置２１０及び放射線撮像システム２００の駆動方法を、図７、８を用いて説明する。放射線撮像装置２１０及び放射線撮像システム２００の駆動方法を示すフロー図を図７に、タイミング図を図８にそれぞれ示す。図７のフロー図において、ステップＳ４１２〜ステップＳ４１４までは、上述の図５と同様であるため説明を省略する。本実施形態において、ユーザからの曝射要求が入力されると、放射線の照射を開始するステップＳ４１７の前に、ステップＳ４１６に進む。ステップＳ４１６では、期間Ｔ３において、曝射要求に従ってゲート線ＧＡ〜ＧＣに接続された検出素子１２１〜１２３をリセットするリセット動作を行う。リセット動作は、全ての検出素子１２１〜１２３が１回以上リセットするように制御される。このとき、検出素子１２１〜１２３以外の画素ＰＩＸはリセットされず、放射線の入射によって生成される電荷を蓄積できる状態となる。更に、リセット動作の後、入射する照射量を検出するための読出動作の前に、曝射要求から放射線が照射されるまでの間に、電荷情報の補正の為に用いるダーク電荷成分の読み出しを行ってもよい。換言すると、ダーク電荷成分の読み出しを行った後に、照射制御部２２０は、放射線源２３０に照射指令を供給してもよい。図８に示す構成において、検出素子１２１〜１２３のリセット動作を期間Ｔ３で行い、期間Ｔ４でダーク電荷成分を読み出す読出動作を行う。期間Ｔ４でダーク電荷成分を読み出す読出動作を行った後、処理部２１４は、検出素子１２１〜１２３から入射する放射線の照射量を読み出す読出動作を行うステップＳ４１８に移行する。また、放射線の照射量を検出するステップＳ４１８の開始に応じて照射制御部２２０が放射線源２３０に照射指令を供給し、放射線が放射線撮像装置２１０に照射される。このとき、それぞれの検出素子１２１〜１２３で、リセットの開始からダーク電荷成分の読み出しを開始するまでの時間Ｔ１３と、ダーク電荷成分の読み出しの開始から照射量を検出するための最初の読み出しを開始するまでの時間Ｔ１４とが同じ時間であるとよい。更に、これらの時間Ｔ１３、Ｔ１４と、それぞれの検出素子１２１〜１２３において、入射する放射線の照射量を読み出す読出動作において１度の信号の読み出しの開始から次の読み出しの開始までの時間Ｔ１５とが同じ時間であるとよい。換言すると検出素子１２１〜１２３の全ての画素を１度ずつリセットするリセット動作に必要な時間と、検出素子１２１〜１２３の全ての画素から信号を１度ずつ読み出す時間とが、同じであるとよい。また、時間Ｔ１３、１４、１５は、選択された検出素子１２１〜１２３の配される行のみを高速で駆動させるため、全ての画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３をそれぞれリセットする周期である時間Ｔ１１は、時間Ｔ１３、１４、１５と同じか、長くなりうる。つまり、時間Ｔ１１、１３、１４、１５は、時間Ｔ１１≧時間Ｔ１３＝時間Ｔ１４＝時間Ｔ１５となりうる。

検出素子１２１〜１２３から放射線の照射量を検出する前に、検出画素のリセットを行う。これによって、全ての画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３を１度ずつリセットするのに必要なとき時間Ｔ１１と、検出素子１２１〜１２３を１度ずつリセットするのに必要な時間Ｔ１３との時間差によるダーク電荷成分の差を小さくすることが可能となる。これによって、入射する放射線の照射量を検出する正確性を向上させることが可能となる。また、期間Ｔ４において、期間Ｔ５で線量情報を取得する際に重畳されるダーク電荷成分の量Ｄａ’〜Ｄｃ’を補正するためのダーク電荷成分を取得することができる。期間Ｔ５で得られる信号である電荷情報と、期間Ｔ４で得られる信号であるダーク電荷成分の量とに基づいて入射する放射線の照射量を検出することによって、検出される照射量の正確性を更に向上することが可能となる。

ここで、ステップＳ４１６の期間Ｔ３において検出素子１２１〜１２３のリセット動作を複数回繰り返す場合は、時間Ｔ１３で繰り返すとよい。また、リセット動作と同様に、期間Ｔ４においてダーク電荷成分の読み出しを複数回繰り返す場合、時間Ｔ１４で繰り返し行い、得られたダーク電荷成分を平均化してダーク電荷成分を補正するためのデータに用いてもよい。なお、本実施形態において、ユーザからの曝射要求から放射線の照射までの間、検出素子１２１〜１２３のそれぞれを１度ずつリセットするため、リセット動作を行う期間Ｔ３の長さは、時間Ｔ１３と同じになる。また同様に、検出素子１２１〜１２３のそれぞれから１度ずつダーク電荷成分を読み出すため、ダーク電荷成分の読み出し動作を行う期間Ｔ４の長さは、時間Ｔ１４と同じになる。

次に、ステップＳ４１８において、処理部２１４は、検出素子１２１〜１２３から出力される信号である電荷情報から入射した放射線の照射量の累計値を計算する。このとき、処理部２１４に入力する信号は、画素アレイ１１２及び読出部１１３で、オフセットばらつきやゲインばらつきを含むことがある。このため、検出素子１２１〜１２３から出力される信号を積算する前に、列信号線Ｓｉｇごとにオフセット補正やゲイン補正を行ってもよい。これによって、更に高精度な露出制御が可能になる。

次いで、ステップＳ４２０において、処理部２１４は、検出された放射線の照射量の累計値に基づいて放射線の照射の停止の判断を行う。具体的には、処理部２１４は、照射量の累計値が予め設定された閾値を超えたかどうかを判定し、累計値が閾値を超えたと判断した場合、ステップＳ４２２に移行する。ステップＳ４２２において、処理部２１４は、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための照射停止信号を出力する。この照射停止信号に応じて、照射制御部２２０は、放射線源２３０に停止指令を送り、放射線源２３０は、停止指令に従って放射線の放射を停止する。これにより、露出量が適正に制御される。

放射線の照射が停止されると、撮像部２１２に配されたそれぞれの画素ＰＩＸから放射線画像を生成するための画像信号を読み出す読出動作を行うステップＳ４２４に進む。ステップＳ４２４において、処理部２１４は、駆動回路１１４および読出部１１３に読出動作を実行させる。画像信号の読出動作は、駆動回路１１４が画素アレイ１１２のそれぞれのゲート線Ｇに供給される駆動信号Ｖｇを順次、アクティブレベルに駆動する。そして、読出部１１３は、変換素子Ｃに蓄積されている電荷を複数の列信号線Ｓｉｇを介して読み出し、マルチプレクサ１０８、バッファ１０９およびＡＤ変換器１１０を通して放射線画像データとしてコンピュータ２４０に出力する。

画像信号を読み出すステップＳ４２４に、画像信号に含まれるダーク電荷などのオフセット成分を補正するための駆動が含まれていてもよい。例えば、図８に示される構成のように、画像信号を期間Ｔ７で読み出した後、それぞれの画素ＰＩＸをリセットするリセット動作を行う。このリセット動作は、すべての画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３に対して行ってもよく、すべての画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３がリセットされる時間は、時間Ｔ１１と同じであってもよい。その後、期間Ｔ８の間、画素ＰＩＸのオフセット成分を蓄積し、期間Ｔ９でそれぞれの画素ＰＩＸから読み出す。期間Ｔ７で読み出された画像信号は放射線の照射によって生成される信号とオフセット成分を含むのに対し、期間Ｔ９で読み出されたデータはオフセット成分のみを含む。このため、期間Ｔ７で得られた信号と期間Ｔ９で得られた信号との両方に基づいて放射線画像を生成するための信号を取得する。具体的には、期間Ｔ７で得られた信号から期間Ｔ９で得られた信号を減じることによって補正する。ここで、期間Ｔ１に示される画素ＰＩＸ及び検出素子１２１〜１２３のリセット動作の最後のリセットの開始から、画像信号を読み出すため読出動作の信号の読み出しを開始するまでの時間を時間Ｔ１６とする。また、画像信号の読出動作の後に行うリセット動作において最後のリセットの開始からオフセット成分の読出動作において信号の読み出しを開始するまでの時間を時間Ｔ１８とする。より正確に画素ＰＩＸのオフセット成分を補正するために、時間Ｔ１６と時間Ｔ１８とを等しくしてもよい。

次に、ステップＳ４１８において、検出素子１２１〜１２３から信号を読み出す際、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｃとの間の容量結合による列信号線Ｓｉｇの電位変化の影響を低減する方法について図９を用いて説明する。図９は、図８に示すタイミング図の変形例を示すタイミング図である。上述の図８で説明したタイミング図と同様、ユーザからの曝射要求に従って、期間Ｔ３で検出素子１２１〜１２３のリセット動作、期間Ｔ４でダーク電荷成分を読み出す読出動作を行う。その後、放射線の曝射が開始されると、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｃとの間の容量結合によって、スイッチＳＷがオン（導通）していないにもかかわらず列信号線Ｓｉｇの電位が変化するノイズ成分であるクロストークが発生する。ダーク電荷成分と同様にクロストーク成分は、入射する放射線の線量の累計値を積算する際に不要であるため、補正が必要である。このクロストーク成分は、スイッチＳＷがオンであるかオフであるかに関わらず発生する。このため、検出素子１２１〜１２３のスイッチＳＷをオンして読出部１１３で列信号線Ｓｉｇから信号を読み出す読出動作に加え、検出素子１２１〜１２３でスイッチＳＷをオフして列信号線Ｓｉｇから信号を読み出す。つまり検出素子１２１〜１２３から信号を読み出した後、かつ、次に信号を読み出す前に、処理部２１４は、検出素子１２１〜１２３から出力される信号を読出部１１３まで伝達する列信号線Ｓｉｇのノイズ成分を読み出す読出動作を行う。スイッチＳＷをオンして読み出した信号には、放射線によって生成される線量情報の取得に有効な信号Ｌａに加え、ダーク電荷成分の量Ｄａ’とクロストーク成分Ｃｔａが含まれる。一方、スイッチＳＷをオフして読み出した信号にはＣｔａのみが含まれる。信号Ｌａのみを取り出す為には、スイッチＳＷをオンして読み出した信号から、放射線の照射前に読み出したダーク電荷成分の量Ｄａ’と、スイッチＳＷをオフしたときに得られるクロストーク成分Ｃｔａを減算すればよい。つまり、期間Ｔ５の読出動作で得られる信号と、期間Ｔ４で得られるダーク電荷成分による信号と、ノイズ成分であるクロストーク成分とに基づいて線量情報を取得することによって、放射線の線量情報の正確性を更に向上することが可能となる。

図８、図９に示す構成では、放射線の照射の直前に検出素子１２１〜１２３のリセット動作とダーク電荷成分を補正するためのデータを読み出す読出動作を行う方法を示した。しかしながら、これに限られることなく、事前に検出素子１２１〜１２３のダーク電荷成分を補正するためのデータを取得してもよい。この場合、まずリセット動作を行った後、ダーク電荷成分を補正するためのデータを取得する。また、この場合、リセット動作においてリセットを開始してからダーク電荷成分を補正するためのデータの読み出しの開始までの時間と、入射する放射線の線量を検出するための周期である時間Ｔ１５とは、同じ時間となるようにする。

また、本実施形態において、放射線の照射量を検出する検出素子１２１〜１２３は、撮像部２１２の画素アレイ１１２に配された複数の画素ＰＩＸの中から選択し使用したが、放射線の照射量を検出するために画素ＰＩＸとは異なる専用の検出素子を用いてもよい。専用の検出素子を用いた場合においても、ユーザからの曝射要求が入力される前に、それぞれの検出素子を繰り返しリセットするリセット動作が行われうる。複数の検出素子を順次、リセットしている間、走査の途中で曝射要求が入力された場合であっても、曝射要求に従って、すべての検出素子を１度以上リセットする期間Ｔ３の動作を行う。期間Ｔ３でリセット動作を行った後、入射する放射線の照射量を検出する。これによって、照射量を検出する際に、上述と同様にそれぞれの検出素子から出力されるダーク電荷成分の量を等しくすることが可能となり、検出される照射量の正確性を向上できる。また、上述と同様にリセット動作を行う期間Ｔ３と放射線の照射量を検出する期間Ｔ５との間に、ダーク電荷成分を読み出す期間Ｔ４を設けてもよい。期間Ｔ４において、期間Ｔ５で線量情報を取得する際に重畳されるダーク電荷成分を補正するためのダーク電荷成分を取得することによって、検出される穗須は線の照射量の正確性を向上できる。

本実施形態は、例えば図１のコンピュータ２４０が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２４０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などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はプログラムを伝送するインターネットなど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、伝送媒体及びプログラムは、本発明の範疇に含まれる。

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、上述した実施形態、実施例は適宜変更、組み合わせが可能である。

１２１、１２２、１２３：検出素子、２１０：放射線撮像装置、２１２：撮像部、２１４：処理部

Claims (12)

1. 複数の画素が配された放射線画像を撮像する撮像部と、処理部と、を有する放射線撮像装置であって、
   前記複数の画素のうち一部の画素は、前記放射線撮像装置に入射する放射線の照射量の累計値を前記放射線画像とは別に取得するために放射線を検出する検出素子として用いられ、
   前記処理部は、ユーザからの曝射要求を受ける前に前記複数の画素を繰り返しリセットする動作を行わせ、前記曝射要求に従って前記複数の画素のうち前記一部の画素のみをリセットするリセット動作を行わせ、
   前記リセット動作の後に前記複数の画素のうち前記一部の画素からの信号に基づいて前記放射線の照射量の累計値を計算することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記撮像部は、前記複数の画素が配された画素アレイを含む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、前記放射線の照射量の累計値を計算するために前記複数の画素のうち前記一部の画素から信号を繰り返して読み出すことによって放射線の照射量を検出する第１の読出動作を行い、
   前記リセット動作においてリセットの開始から、前記第１の読出動作において最初の信号の読み出しを開始するまでの時間と、
   前記第１の読出動作において前記複数の画素のうち前記一部の画素から信号の読み出しを開始してから次の読み出しを開始するまでの時間と、
   が同じ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. 前記放射線撮像装置は、
   前記リセット動作の後、かつ、前記曝射要求から放射線が照射されるまでの間に、前記複数の画素のうち前記一部の画素から信号を読み出す第２の読出動作を行い、
   前記第２の読出動作の後、前記放射線の照射量の累計値を計算するために前記複数の画素のうち前記一部の画素から信号を繰り返して読み出すことによって放射線の照射量を検出する第１の読出動作を行い、
   前記第１の読出動作によって取得した信号と、前記第２の読出動作によって取得した信号と、に基づいて放射線の照射量を検出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。
5. 前記リセット動作においてリセットの開始から、前記第２の読出動作において信号の読み出しを開始するまでの時間と、
   前記第２の読出動作において信号の読み出しの開始から、前記第１の読出動作において最初の信号の読み出しを開始するまでの時間と、
   前記第１の読出動作において前記複数の画素のうち前記一部の画素から信号の読み出しを開始してから次の読み出しを開始するまでの時間と、
   が同じことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
6. 前記第１の読出動作において、前記複数の画素のうち前記一部の画素から信号を読み出した後、かつ、次に信号を読み出す前に、
   前記放射線撮像装置は、前記複数の画素のうち前記一部の画素から出力される信号を伝達する信号線のノイズ成分を読み出す第３の読出動作を行い、
   前記第１の読出動作によって取得した信号と、前記第２の読出動作によって取得した信号と、前記ノイズ成分と、に基づいて放射線の照射量を検出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. 前記複数の画素を繰り返しリセットする動作でリセットを開始してから次のリセットを開始するまでの時間が、前記第１の読出動作で信号の読み出しを開始してから次の読み出しを開始するまでの時間よりも長い又は同じことを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 検出された放射線の照射量に基づいて、放射線の照射を停止させるための照射停止信号を出力することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記放射線撮像装置は、
   検出された放射線の照射量に基づいて、放射線の照射を停止させるための照射停止信号を出力し、前記第１の読出動作を停止させた後、
   前記撮像部から信号を読み出す第３の読出動作と、
   前記第３の読出動作の後、前記複数の画素をリセットする第３のリセット動作と、
   前記第３のリセット動作の後、前記撮像部から信号を読み出す第４の読出動作と、を行い、
   前記第３の読出動作によって取得された信号と、前記第４の読出動作によって取得された信号と、に基づいて前記放射線画像が取得され、
   前記複数の画素を繰り返しリセットする動作において最後のリセットの開始から、前記第３の読出動作において信号の読み出しを開始するまでの時間と、
   前記第３のリセット動作において最後のリセットの開始から、前記第４の読出動作において信号の読み出しを開始するまでの時間と、
   が同じことを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、放射線を照射する放射線源と、放射線の照射を制御する照射制御部と、を備え、
    前記照射制御部は、前記放射線撮像装置による放射線の照射量の検出の開始に応じて前記放射線源から前記放射線撮像装置に放射線を照射させることを特徴とする放射線撮像システム。
11. 請求項８又は９に記載の放射線撮像装置と、放射線を照射する放射線源と、放射線の照射を制御する照射制御部と、を備え、
    前記照射制御部は、
    前記放射線撮像装置による放射線の照射量の検出の開始に応じて前記放射線源から前記放射線撮像装置に放射線を照射させ、
    前記照射停止信号に応じて前記放射線源から前記放射線撮像装置への放射線の照射を停止させることを特徴とする放射線撮像システム。
12. 複数の画素が配され放射線画像を撮像する撮像部を有する放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記複数の画素のうち一部の画素は、前記放射線撮像装置に入射する放射線の照射量の累計値を前記放射線画像とは別に取得するために放射線を検出する検出素子として用いられ、
    ユーザからの曝射要求を受ける前に前記複数の画素を繰り返しリセットする第１工程と、
    前記曝射要求に従って前記複数の画素のうち前記一部の画素のみをリセットする第２工程と、
    前記第２工程の後に前記複数の画素のうち前記一部の画素からの信号に基づいて前記放射線の照射量の累計値を計算する第３工程と、
    を含むことを特徴とする制御方法。

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