JP6929104B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像装置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、放射線撮像システム、放射線撮像装置の制御方法及びプログラムに関する。

医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、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撮像パネル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、放射線撮像装置に入射する放射線の照射情報を取得することが知られている。特許文献１、２には、放射線の照射の開始や終了の検出、放射線の照射中に入射した放射線の線量を検出することが示されている。

特開２０１２−１５９１３号公報 特開２０１２−５２８９６号公報

ポータブル撮影のように、放射線源と同期をとらずに放射線の照射の開始を検出し放射線画像の撮影を行う場合、事前に放射線が照射される時間を把握することが難しい場合がある。また、放射線の照射中に入射した放射線の線量を検出し、目標線量に応じて放射線の照射を停止させる自動露出制御（ＡＥＣ）を行う場合、放射線を照射する時間は予め定められず、撮影を行う条件によって照射時間は変化する。

一方、放射線画像を取得する際、それぞれの画素から出力される信号に対して、入射した放射線を電荷に変換する変換素子や信号処理回路に起因するオフセットレベルを補正する必要がある。変換素子において電荷の蓄積時間が変化すると、変換素子内で発生するダーク電流によってオフセットレベルが変化する。放射線の照射時間を事前に設定できない撮影を行う場合、撮影ごとに電荷の蓄積時間が変化することによってオフセットレベルが変化するため、オフセットレベルの補正を通して得られる放射線画像の画質が悪化する可能性がある。また、オフセットレベルが変化しないよう、電荷の蓄積時間を想定される照射時間に対して長めの一定の時間に設定することが考えられるが、この場合、照射の終了後も電荷の蓄積が継続され、照射の終了から画像が表示されるまでに待ち時間が生じてしまう。

本発明は、放射線の照射時間が予め設定できない撮影において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、複数の変換素子が配された撮像領域と、制御部と、記憶部と、を備える放射線撮像装置であって、複数の変換素子は、放射線画像を取得するための第１の変換素子と、入射する放射線の照射情報を放射線の照射中に取得するための第２の変換素子と、を含み、記憶部には、第１の変換素子から出力される信号を補正するための補正データが格納され、制御部は、照射情報に応じて、第１の変換素子に蓄積動作を行わせる期間を決定し、補正データから期間に応じた補正量を決定し、放射線の照射後、第１の変換素子から出力された信号を補正量に従って補正し、放射線画像用の信号を生成することを特徴とする。

上記手段によって、放射線の照射時間が予め設定できない撮影において有利な技術を提供する。

本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を用いた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回路構成例を示す図。 図１の放射線撮像装置の動作のタイミングチャート。 比較例の放射線撮像装置の動作のタイミングチャート。 比較例の放射線撮像装置の動作のタイミングチャート。 図１の放射線撮像装置のフローチャート。 図２の検出部の回路構成の変形例を示す図。 図１の放射線撮像装置の画素および検出用画素の平面図。 図８の画素の断面図。 図１の放射線撮像装置の検出用画素の配置例を示す図。 図２の検出部の回路構成の変形例を示す図。 図１１の検出用画素の平面図。 図２の検出部の回路構成の変形例を示す図。 図１の放射線撮像装置の実装例を示す図 図１の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。

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の実施形態
図１〜１０を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置１００を用いた自動露光制御（ＡＥＣ）に関わるシステム１００１の構成例を示す図である。システム１００１は、放射線撮像装置１００、コントロールシステム１００２、通信用中継システム１００３、放射線インターフェース１００４、放射線源１００５を含む。放射線撮像装置１００は、放射線画像を取得するために複数の画素が配された検出部２４０、検出部２４０を制御する制御部２２５、記憶部２２０を含む。これらの各構成は、有線または無線で相互に通信可能に接続され、各構成間の通信ディレイは、方式や通信内容に応じて、管理された値になっている。

次に、システム１００１において、ＡＥＣ機能を用いて被写体を撮影する際の動作について説明する。被写体撮影前、ユーザ（例えば、医師、技師など）は、コントロールシステム１００２を用いて、放射線の線量の累積値が所定の線量Ａになった場合、放射線源１００５を停止するように入力する。また、ユーザは、コントロールシステム１００２を用いて、入射する放射線の線量を検出する関心領域（ＲＯＩ）の指定も行う。また、ユーザは、コントロールシステム１００２を用いて、放射線源１００５が放射線を照射する条件である照射時間Ｂ［ｍｓ］、管電流Ｃ［ｍＡ］、管電圧Ｄ［ｋＶ］を入力する。これらの条件は、コントロールシステム１００２に搭載されたメモリなどに予め記憶されたレシピの中から適宜選択されてもよいし、個別に入力されてもよい。

次いで、ユーザが、コントロールシステム１００２または放射線源１００５に付属された爆射スイッチを押すと、放射線が、被写体を介して放射線撮像装置１００に照射される。放射線撮像装置１００において、コントロールシステム１００２を介してユーザから指定されたＲＯＩで得られた放射線の線量の累積値が、線量Ａ’に達したとき、制御部２２５は、放射線の曝射を停止させるための信号を出力する。制御部２２５から出力された放射線の曝射を停止させるための信号は、通信用中継システム１００３および放射線インターフェース１００４を介して放射線源１００５に送られる。この曝射を停止させるための信号に応じて、放射線源１００５は、放射線の照射を停止する。ここで、線量Ａ’は、線量Ａ、放射線の照射強度、各構成間の通信ディレイ、処理ディレイを鑑みて算出された値でありうる。また、ユーザによって設定されている照射時間Ｂ［ｍｓ］に到達した場合、放射線源１００５は、制御部２２５から出力される曝射を停止させるための信号の有無にかかわらず、放射線の照射を停止する。本実施形態において、制御部２２５で入射する放射線の線量を計測し、入射した線量の累積値が所定のしきい値に達した場合、制御部２２５が曝射を停止させるための信号を出力する場合について説明するが、これに限られることはない。放射線撮像装置１００を入射した放射線の線量の計測（モニタ）のみに用い、コントロールシステム１００２が、放射線撮像装置１００で得られた線量の累積値を計算し、曝射を制御するための信号を出力してもよい。また、制御部２２５は、ＡＥＣだけでなく、放射線が照射されたことを検出する放射線照射開始自動検出技術や、放射線の照射が終了したことを検出する放射線照射終了自動検出技術に用いてもよい。

図２は、放射線撮像装置１００の検出部２４０の回路構成例を示す等価回路図である。検出部２４０は、基板上に放射線を電気信号に変換するための変換素子１４１、１４２をそれぞれ含む複数の画素がアレイ状に配された撮像領域１２０と、各画素の制御や各画素から出力された電気信号を処理するための周辺領域と、を含む。

周辺領域には、各画素を駆動、制御するための電源回路１５０及びゲート駆動回路１６０と、各画素から出力された電気信号を処理するための読出回路１７０及び情報処理回路１８０を含む信号処理回路１７１とを含む。しかしながら、周辺領域の構成は、これに限られることはなく、例えば読出回路１７０と情報処理回路１８０とが、一体で構成されていてもよい。

撮像領域１２０は、放射線画像を取得するため複数の画素１０２と、放射線の照射の検出や照射情報を放射線の照射中に取得するための１つ以上の検出用画素１０１と、を含む。検出用画素１０１は、放射線が照射される際、放射線画像とは別の、放射線の照射の開始や放射線の照射の終了、また放射線の照射強度や放射線の照射量など、入射する放射線に関する情報である照射情報を取得するために使用される。換言すると、撮像領域１２０には、複数の変換素子が配され、複数の変換素子は、放射線画像を取得するための変換素子１４２と、入射する放射線の照射情報を取得するための変換素子１４１と、を含む。図１には、撮像領域１２０に５行５列の画素が設けられている例を示すが、画素の数は、これに限られることはない。

放射線撮像装置１００の撮像領域に配された画素１０２には、電源回路１５０から電源配線１１４を介して電源が供給され、ゲート駆動回路１６０から画像制御配線１１３を介して制御される。また、画素１０２の変換素子１４２から出力される信号は、画像信号線１１２によって信号処理回路１７１に転送される。これによって、放射線画像の取得が可能となる。また検出用画素１０１は、電源回路１５０から電源配線１１４を介して電源が供給され、ゲート駆動回路１６０から検出制御配線１１６を介して制御される。検出用画素１０１の変換素子１４１から出力される信号は、検出信号線１０３によって信号処理回路１７１に転送される。検出用画素１０１を用いて放射線の照射情報を取得することによって、検出用画素１０１の配された領域に入射した放射線の線量などの照射情報を取得することが可能となる。本実施形態において、検出信号線１０３は撮像領域１２０内に配される。検出信号線１０３は、撮像領域１２０の外縁部に隣接して配されてもよい。

システム１００１において、放射線撮像装置１００に入射する放射線の強度は、放射線源１００５の仕様によって大きく変化する。例えば、小さな出力の放射線源１００５の場合、１００ｍｓ〜１０００ｍｓ程度の照射が必要な撮影であっても、大きな出力の放射線源であれば、１ｍｓ〜１０ｍｓ程度の照射で放射線画像が得られうる。ポータブル撮影のように、撮影ごとに放射線源が異なる場合や、ＡＥＣ機能を用いた撮影のように、放射線を照射する時間が予め定められていない撮影の場合において、以下のような課題が発生しうる。

図４は、放射線画像を取得する際の本実施形態に対する比較例のタイミングチャートである。図４（ａ）は、図４（ｂ）の場合よりも放射線源１００５の出力が大きく、図４（ｂ）と比較して放射線の照射期間が短く、それぞれの画素１０２の変換素子１４２で電荷の蓄積動作を行う期間が短い場合のタイミングチャートである。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の場合とは逆に、それぞれの画素１０２の変換素子１４２での電荷の蓄積動作を行う期間が長い場合のタイミングチャートである。変換素子１４２において電荷を蓄積する時間が変化すると、変換素子１４２内で発生するダーク電流によってオフセットレベルが変化するため、放射線の照射によって得られた信号に対してオフセットレベルの補正をする必要がある。図４（ａ）に示される電荷を蓄積する期間の短い場合、および、図４（ｂ）に示される電荷を蓄積する期間が長い場合の両方に同じ補正量のオフセットレベルの補正を行う場合を考える。図４に示す場合において、電荷を蓄積する期間が長い図４（ｂ）の場合に合わせた補正量で補正している。この場合、図４（ａ）に示すように、放射線の照射期間が短く、電荷を蓄積する期間の短い撮影時に発生したダーク電流によるオフセット量よりも、補正量が大きくなってしまう。このため、実際のオフセット量と、オフセットレベルの補正をする補正量と、の間に差が生じ、オフセットレベルの補正を通して得られる放射線画像の画質が悪化する可能性がある。例えば、ダーク電流は、撮像領域１２０の画素１０２ごとに面内でばらつきを有しうるため、得られた放射線画像にアーチファクトとして現れてしまう可能性がある。

図５は、同じ補正量でオフセットレベルを補正しつつ、得られた放射線画像の画質の悪化を抑制するための、もう１つの比較例のタイミングチャートである。放射線の照射が、図５（ｂ）の場合と比較して短い図５（ａ）に示す撮影において、図５（ｂ）の場合と同様に電荷を蓄積する蓄積動作の期間を長くし、撮影後に同じ補正量で補正を行っている。図５に示す撮影の場合、オフセットレベルの補正を行う補正量は、蓄積動作を行う期間に対して適当な量となる。しかしながら、図５（ａ）のようなタイミングで撮影する場合、例えば、２ｍｓで放射線の照射が終了しても、１０００ｍｓで電荷を蓄積した場合に使用する補正量で補正しようとすると、放射線の照射後に９９８ｍｓ（約１秒）の待ち時間を設定する必要がある。この結果、例えば、撮影後にユーザが、実際に放射線画像が取得できたかどうかを確認するための補正後のプレビュー画像の表示や、撮像画像のデータの転送開始が遅れ、放射線撮像装置の使い勝手が悪化してしまう。

次に、図３に示すタイミングチャートを用いて、本実施形態の放射線撮像装置１００の動作について説明する。放射線を照射する時間が一定ではない撮影において、画素１０２の変換素子で電荷を蓄積する期間が変化してもオフセットレベルを適切に補正するために、本実施形態の放射線撮像装置１００は、図３に示すタイミングチャートに従って動作する。

図３（ａ）は、放射線の照射強度が強く、ＡＥＣ判定の結果、短い時間で放射線の照射を停止させる場合のタイミングチャートを示す。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の場合と比較して放射線の照射強度が弱く、ＡＥＣ判定の結果、長い時間で放射線の照射を停止させる場合のタイミングチャートである。

放射線が照射されると、制御部２２５は、図３のＳＨで表記される読出回路１７０のサンプリング回路の読出動作を停止する。また、制御部２２５は、画像制御配線１１３を介して、それぞれの画素１０２の変換素子において、入射した放射線に応じた電荷を蓄積するための蓄積動作を開始させる。具体的には、図３に示す画像制御配線１１３の信号Ｖｇ（Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３・・・）を、ローレベルにする。この放射線の照射情報のうち放射線の照射の開始の情報は、例えば、コントロールシステム１００２が放射線源１００５に放射の照射を命令する信号を同時に制御部２２５に出力することによって取得されてもよい。また、検出用画素１０１の変換素子１４１から信号をサンプリングすることによって、変換素子１４１から出力された信号に基づいて、制御部２２５が、放射線の照射が開始されたことを検出する放射線照射開始自動検出技術を用いてもよい。また、制御部２２５は、放射線の照射の開始の情報を取得する前に、画像制御配線１１３の信号Ｖｇに順次、ハイレベルを印加することによって、それぞれの画素１０２の変換素子１４２に蓄積された電荷をリセットしてもよい。

放射線の照射が開始された後、制御部２２５は、検出用画素１０１の変換素子１４１から出力される信号をサンプリングし、変換素子１４１から出力された信号に基づいて、放射線の照射情報のうち入射した放射線の線量の情報を用いてＡＥＣ判定を行う。制御部２２５は、入射した放射線の線量の累積値を取得することによって、放射線の照射を停止する時間を判定し、放射線の曝射を停止させるための信号を出力する。例えば、入射した放射線の線量の累積値が、所定のしきい値に達したことに応じて曝射を停止させるための信号を出力してもよい。この放射線の曝射を停止させる信号に応じて、放射線源１００５は、放射線の照射を停止する。また、制御部２２５は、放射線の照射を停止させるための信号を出力するとともに、画素１０２での蓄積動作を終了させ、ゲート駆動回路１６０に接続された画像制御配線１１３の信号Ｖｇに順次、ハイレベルを印加する。これによって、それぞれの画素１０２の変換素子１４２に蓄積された電荷に応じた信号が出力される。このように、制御部２２５は、放射線の照射情報のうち、放射線の照射の開始の情報、入射した放射線の線量の情報を用いて、それぞれの画素１０２の変換素子１４２が蓄積動作を行う期間を決定する。

ＡＥＣの判定結果から、図３（ａ）よりも図３（ｂ）は、放射線の照射時間が長い。このため、図３（ｂ）は、図３（ａ）の場合よりも、画素１０２の変換素子１４２での電荷を蓄積する期間が長くなり、発生するダーク電荷が多くなる。結果として、図３（ａ）の動作と、図３（ｂ）の動作とで、画素１０２の変換素子１４２から出力される信号のオフセットレベルが変化する。このため、制御部２２５は、電荷を蓄積した蓄積動作の期間に合わせた補正量を用いた補正を行うために、記憶部２２０に予め取得し格納されたオフセット補正を行うための補正データから、電荷を蓄積した期間に応じた補正量を決定する。例えば、記憶部２２０に、補正データとして蓄積動作を行った期間に応じた複数の補正係数が格納され、制御部２２５は、複数の補正係数の中から、電荷を蓄積した期間に応じた１つの補正係数を選択してもよい。このとき、実際の電荷を蓄積した期間と同じ期間の補正係数がある場合、この補正係数を選んでもよい。同じ蓄積期間の補正係数がない場合、実際に蓄積動作を行った期間に近い期間の補正係数を選択してもよい。また、例えば、複数の補正係数を組み合わせ、実際に撮影された蓄積動作の期間を模擬した補正量を生成してもよい。また、例えば、記憶部２２０に補正係数として１つの関数が格納され、制御部２２５は、電荷を蓄積した期間に応じて、この関数から適当な補正量を生成してもよい。放射線の照射後、それぞれの画素１０２の変換素子１４２から出力された信号は、上述のように制御部２２５によって決定された補正量に従って補正され、放射線画像用の信号が生成される。ここで、補正係数は、撮像領域１２０の画素１０２の変換素子１４２ごとに異なる値であってもよく、この場合、それぞれの画素１０２の変換素子１４２ごとに、複数の補正係数が記憶部２２０に格納されていてもよい。

本実施形態では、制御部２２５がＡＥＣの判定を行い、放射線が照射される時間や画素１０２の変換素子１４２に電荷を蓄積させる蓄積動作の期間を制御したが、蓄積動作を行う期間の制御はこれに限られることはない。例えば、コントロールシステム１００２が、放射線の照射を行う期間を制御してもよい。この場合、制御部２２５は、コントロールシステム１００２が放射線源１００５を制御する信号を受信することによって、放射線の照射情報のうち放射線の照射の開始・終了の情報を取得し、画素１０２の変換素子１４２で電荷の蓄積を行う蓄積期間を決定してもよい。また、制御部２２５が、検出用画素１０１から出力される信号に基づいて、放射線の照射情報のうち放射線の照射の開始・終了の情報を取得する放射線照射開始・終了自動検出技術を用いてもよい。制御部２２５は、検出用画素１０１の変換素子１４１から信号をサンプリングすることによって、放射線の照射の開始を検出し、これに応じて画素１０２の変換素子１４２に蓄積動作を開始させる。また、検出用画素１０１の変換素子１４１から信号をサンプリングすることによって、変換素子１４１から出力された信号に基づいて放射線の照射の終了を検出し、これに応じて画素１０２の変換素子１４２での蓄積動作を終了させる。次いで、制御部２２５は、画素１０２の変換素子１４２から信号を出力させる。また、例えば、制御部２２５が、記憶部２２０に格納されている補正量に合わせ、放射線の照射時間を決定してもよい。この場合、制御部２２５は、放射線の照射の開始の情報を取得した後、決定した照射時間に応じて放射線の曝射を停止させる信号を出力するとともに、それぞれの画素１０２の変換素子１４２での蓄積動作を終了させ、変換素子１４２から信号を出力させてもよい。

図６は、本実施形態における放射線撮像装置１００の、制御部２２５によるＡＥＣ判定を実施してから放射線の照射停止およびオフセットレベルの補正量の決定を行うフローチャートである。まず、ステップＳ６０１において放射線撮像装置１００は、待機状態にある。次いで、制御部２２５は、放射線の照射の開始の情報を取得した後、ステップＳ６０２で、検出用画素１０１の変換素子１４１から信号を読み出す。次に、制御部２２５は、ステップＳ６０３において、入射する放射線の線量の累積値の予測が可能か不可能かを判定する。制御部２２５は、入射する放射線の線量の累積値の予測が不可能な場合、ステップＳ６０２に戻る。また、入射する放射線の線量の累積値の予測が可能になった段階で、ステップＳ６０４に進み、放射線の照射停止の時間を算出し決定する。また、制御部２２５は、この放射線を照射させる時間を決定するステップＳ６０４の工程において、画素１０２の変換素子１４２に電荷を蓄積する蓄積動作を行わせる期間を決定する。

次いで、制御部２２５は、ステップＳ６０５において、記憶部２２０に格納された補正データからオフセットレベルを補正するための補正量を決定する。このとき、制御部２２５は、画素１０２の変換素子１４２に電荷を蓄積させた蓄積動作の期間に応じた補正量として、上述のように、記憶部２２０に補正データとして格納された補正係数から適当な補正係数を選択してもよい。また、制御部２２５は、適当な補正量を記憶部２２０に格納された補正データから各種の演算などを用いて生成してもよい。補正量を決定した後、ステップＳ６０６に進み、制御部２２５は、放射線の照射停止時間の出力を行う。放射線の照射が終了した後、ステップＳ６０７において、画素１０２の変換素子１４２から出力される信号が、制御部２２５によって選択または生成された補正量に従って補正される。補正された放射線画像用の信号は、ステップＳ６０８において出力される。

図６に示すフローチャートは、実際の撮影時のフローチャートの一例であって、このフローに限定されるものではない。例えば、照射を停止させるための信号を出力（ステップＳ６０６）した後、オフセットレベルを補正するための補正量を決定（ステップＳ６０５）してもよい。

図７は、本実施形態における放射線撮像装置１００の検出部２４０の回路構成を示す等価回路図で、図２に示した回路構成の変形例を示したものである。図２に示した等価回路図と異なる点は、検出用画素１０１を制御する検出制御配線１１６を、画素１０２を制御するゲート駆動回路１６０とは別に設けたＡＥＣ制御回路１９０を用いて制御することである。これ以外の点は、図２に示した等価回路図と同じ回路構成であってよい。これによって、ゲート駆動回路１６０が、図２に示した検出部２４０のゲート駆動回路１６０と比較して複雑な動作を必要としなくなり、駆動回路の設計が容易となる。例えば、画素１０２および検出用画素１０１の変換素子の感度や転送速度などを自由に変えられるメリットがある。また、検出信号線１０３に接続されるスイッチ素子（例えば、薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）の個数を最小限に抑えることが可能となり、配線容量を小さくし、読み出し速度の向上と低ノイズ化を達成することが可能となる。

図７に示される回路構成の場合、例えば放射線が照射され、検出用画素１０１の変換素子から出力される信号で放射線の照射情報を取得する期間は、ＡＥＣ制御回路１９０を駆動させる。次いで、画素１０２の変換素子から放射線画像を取得するための信号を読み出す際は、ＡＥＣ制御回路１９０を停止し、ゲート駆動回路１６０を駆動させて行ごとに順次、信号を読み出してもよい。また検出用画素１０１と、画素１０２とに対して別々に周辺領域の回路を動作させるのは、制御回路に限定されるものではない。例えば信号処理回路１７１の読出回路１７０において、検出信号線１０３からの信号と、画素１０２とは、別の読出回路を設けて処理してもよい。

図８は、画素１０２および検出用画素１０１のそれぞれ平面図を示す。図８（ａ）は、画素１０２の平面図を示す。本実施形態において、放射線撮像装置１００は、間接型の放射線撮像装置であり、画素１０２、検出用画素１０１などの配された撮像領域１２０の上部にシンチレータ（不図示）が配される。画素１０２には、シンチレータで放射線から変換された光を電気信号に変換するための変換素子１４２が配される。変換素子１４２の下部には、スイッチ素子であるＴＦＴ１０５や各種配線が配される。光電変換によって変換素子１４２で生成された電気信号は、画像制御配線１１３の信号によってＴＦＴ１０５がＯＮ状態となったとき、ＴＦＴ１０５を介して画像信号線１１２に出力される。変換素子１４２の上部電極は、一定の電圧を印加するための電源配線１１４と接続される。検出制御配線１１６は、変換素子１４２の下部を通過する。図２、７に示されるように、検出制御配線１１６が通過しない画素１０２も存在するが、図８（ａ）には、検出制御配線１１６が通過する画素１０２を図示している。

図８（ｂ）は、検出用画素１０１を示す。検出用画素１０１は、画素１０２と同様の構成を有しうるが、変換素子１４１から信号を出漁するための信号線が、画素１０２とは異なる。変換素子１４１の下部電極は、ＴＦＴ１１５を介して検出信号線１０３に接続され、検出制御配線１１６の信号によってＴＦＴ１１５がＯＮ状態となったとき、変換素子１４１からの電気信号が検出信号線１０３に出力される。放射線が照射された際の照度の測定や、放射線の照射開始・終了の検出など、放射線の照射情報の取得のためにＴＦＴ１１５をＯＮ／ＯＦＦ動作させ、変換素子１４１に蓄積された信号を読み出す。

図９は、図８（ａ）に示すＡ−Ａ’間の断面図を示す。変換素子１４２は、ガラス基板等の絶縁性の基板３００の上に設けられたＴＦＴ１０５の上に層間絶縁層３１０を挟んで配される。ＴＦＴ１０５は、基板３００上に、制御電極３０１、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層３０２、半導体層３０３、半導体層３０３よりも不純物濃度の高い半導体で構成された高濃度層３０４、主電極３０５、３０６を含む。高濃度層３０４は、その一部で主電極３０５、３０６と接しており、半導体層３０３のうち主電極３０５と主電極３０６との間の領域が、ＴＦＴ１０５のチャネル領域となる。制御電極３０１は画像制御配線１１３と、主電極３０５は画像信号線１１２と、主電極３０６は変換素子ごとに配される個別電極３１１と、それぞれ電気的に接続される。ＴＦＴ１０５を形成する際に主電極３０５、３０６、画像信号線１１２は、同じ導電層を用いて形成され、主電極３０５が、画像信号線１１２の一部を構成してもよい。ＴＦＴ１０５上には、絶縁層３０７、層間絶縁層３１０が配される。

図９に示す構成において、ＴＦＴ１０５として非晶質シリコンを主材料とした半導体層３０３及び高濃度層３０４を用いた逆スタガ型のＴＦＴを用いた例を示すが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、ＴＦＴ１０５として、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のＴＦＴを用いてもよいし、有機ＴＦＴ、酸化物ＴＦＴなどを用いてもよい。層間絶縁層３１０は、ＴＦＴ１０５を覆い、主電極３０６と個別電極３１１との間にコンタクトホールを備える。変換素子１４１の個別電極３１１と主電極３０６とが、この層間絶縁層３１０に設けられたコンタクトホールを介して、電気的に接続される。変換素子１４１は、層間絶縁層３１０上に、層間絶縁層３１０の側から順に、個別電極３１１、高濃度層３１２、半導体層３１３、高濃度層３１４、電源回路１５０から各画素に共通のバイアス電圧が印加される共通電極３１５を含む。本実施形態において、高濃度層３１２と高濃度層３１４とは、互いに異なる導電型の半導体層であり、半導体層３１３とともにＰＩＮ型の光電変換素子を構成する。光電変換素子はＰＩＮ型に限られるものではなく、例えばＭＩＳ型の光電変換素子であってもよい。変換素子１４１を覆うように、絶縁層３１６が配され、さらにその上に層間絶縁層３２０が配される。変換素子１４１の共通電極３１５は、層間絶縁層３２０上に配された電源配線１１４と電気的に接続される。層間絶縁層３２０及び電源配線１１４の上には保護膜としての絶縁層３２１が配される。絶縁層３２１上にはシンチレータ（不図示）が配され、入射した放射線を光に変換する。放射線の入射によってシンチレータで生成された光を、変換素子１４１が光の量に応じた信号に変換する。本実施形態では、放射線をシンチレータで光に変換し、変換された光を変換素子１４１、１４２で電気信号に変換する例を示したが、入射した放射線を直接、電気信号に変換する直接型の変換素子を用いてもよい。この場合、非晶質セレンなどを材料とした素子が、変換素子として用いられうる。

図１０は、本実施形態における検出用画素の配置例を示す図である。放射線撮像装置１００の検出部２４０の撮像領域１２０は、本実施形態において、Ａ〜Ｉの９つの領域にわかれている。領域の分割数は、９に限られることはなく、８以下であってもよいし、１０以上であってもよい。それぞれの領域には、検出用画素１０１が配置され、領域毎に照射される放射線の線量が検出できるようになっている。検出用画素１０１の変換素子から出力される信号は、周辺領域に配された読出回路１７０を介して情報処理回路１８０に転送される。この情報を用いて、入射した放射線の線量をモニタし、適正量になる時間で放射線の照射停止するＡＥＣ機能を使用することが可能となる。

本実施形態において、記憶部２２０に予め取得した補正データを格納し、制御部２２５が、この補正データを用いる、または、加工することによって、検出用画素１０１の変換素子から出力される信号のオフセットレベルを補正するための補正量を決定した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば放射線の照射量が確定し放射線画像を生成する信号が取得された後、電荷を蓄積した期間に応じた蓄積時間で補正量を決定するための信号を取得してもよい。

本実施形態において、画素１０２の変換素子から出力される信号に対して、制御部２２５によって決定された、電荷を蓄積した期間に応じた補正量に従った補正を行い、放射線画像用の信号が生成される。これによって、放射線の照射する時間が予め定められていないような撮影において、オフセットレベルの変化に起因する画質の劣化や、信号を読み出すまでの待ち時間などを抑制することが可能となる。

第２の実施形態
図１１〜１３を参照して、本発明の実施形態による放射線撮像装置の構成について説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態における放射線撮像装置１００の検出部２４０の回路構成例を示す等価回路図である。上述の図７に示した検出部２４０と比較して、検出用画素１０１が検出用画素１３１となっていることが異なる。検出用画素１３１は、画像を生成する信号を取得するために画像信号線１１２に接続された変換素子１４２’と、放射線の照射情報を取得するために検出信号線１０３に接続された変換素子１４１との両方を有する。これ以外の構成は、上述の第１の実施形態と同様であってもよい。

図１２は、図１１に示した検出用画素１３１の平面図を示す。検出用画素１３１の上側は画素１０２と同等の構成を有し、画素１０２の変換素子１４２よりも面積の小さい変換素子１４２’を有する。検出用画素１３１の下側は検出用画素１０１と同等の構成を有し、検出用画素１０１の変換素子１４２よりも面積の小さい変換素子１４１を有する。画像を生成するための電荷を蓄積する変換素子１４２’の面積は、画素１０２の変換素子１４２の１／２程度の面積になるが、オフセット補正やゲイン補正などの画像処理によって、画素１０２の変換素子１４２と同等の出力を得ることが可能となる。

図２、７に示す構成のように、放射線の照射情報を取得するために、専用の検出用画素１０１を配した場合、当該位置に画像を生成するための画素１０２を配置できず、放射線画像を生成する情報が欠落する。この情報の欠落に対して、検出用画素１０１の周囲の画素１０２から出力される信号を利用し、欠落した部分の情報を補正する必要がある。このような情報の欠落する画素が多数ある場合、画質が悪化してしまう可能性がある。このため、１つの画素内に放射線情報を取得するための変換素子１４１だけでなく、放射線画像を生成するための変換素子１４２’を配することによって、画質を低下させることなく放射線の照射情報が取得できる。

図１３は、本実施形態における放射線撮像装置１００の検出部２４０の回路構成を示す等価回路図で、図２、７、１１に示した回路構成の変形例を示したものである。本実施形態において、検出用画素１０１は、出力を専用の検出信号線１０３ではなく、画素１０２の変換素子１４２から信号が出力される画像信号線１１２に出力する。また、検出用画素１０１の変換素子１４１が、ＴＦＴなどを用いたスイッチ素子を介さず直接、画像信号線１１２に接続されている。また、検出用画素１０１にスイッチ素子が配されないため、これを制御するための検出制御配線１１６が配されない。これら以外の点は、図２、７、１１に示した等価回路図と同じ回路構成であってよい。

図１３に示される回路において、検出用画素１０１の変換素子１４１が、スイッチ素子を介さずに信号を出力するため、ゲート駆動回路１６０を簡素化することが可能となる。また、画像信号線１１２が、検出用画素１０１の変換素子１４１と画素１０２の変換素子１４２との両方の信号の出力に用いられる。この結果、読出回路１７０に接続する端子数を減らすことができ、読出回路１７０を簡素化することが可能となる。

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、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

以下、図１４および図１５を参照しながら、本発明の放射線撮像装置１００の応用実施形態について説明する。図１４（ａ）、（ｂ）は、放射線撮像装置１００の実装例を示す構成図および断面図である。

検出用画素１０１および画素１０２を構成する変換素子１４１、１４２とＴＦＴ１０５、１１５は、センサ基板６０１１内に複数個形成され、シフトレジスタＳＲ１と検出用集積回路ＩＣが実装されたフレキシブル回路基板６０１０が接続されている。フレキシブル回路基板６０１０の逆側は回路基板ＰＣＢ１、ＰＣＢ２に接続されている。センサ基板６０１１が基台６０１２の上に接着され、大型の光電変換装置を構成する基台６０１２の下には処理回路６０１８内のメモリ６０１４を放射線から保護するため鉛板６０１３が実装されている。センサ基板６０１１上には放射線を可視光に変換するためのシンチレータ６０３０として、例えばＣｓＩが、蒸着されている。図１４（ｂ）に示されるように全体が、例えば、カーボンファイバー製のケース６０２０内に収納される。

次いで、図１５を参照し、本発明の放射線撮像装置１００が組み込まれた放射線撮像システムを例示的に説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、本発明の放射線撮像装置１００に入射する。この入射したＸ線に患者又は被験者６０６１の体内部の情報が含まれる。放射線撮像装置１００において、Ｘ線６０６０の入射に対応してシンチレータが発光し、これが光電変換素子で光電変換され、電気的情報を得る。この情報は、デジタルに変換され信号処理部としてのイメージプロセッサ６０７０によって画像処理され、制御室の表示部としてのディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は、電話、ＬＡＮ、インターネットなどのネットワーク６０９０などの伝送処理部によって遠隔地へ転送できる。これによって別の場所のドクタールームなどの表示部であるディスプレイ６０８１に表示し、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、この情報は、光ディスクなどの記録媒体に記録することができ、またフィルムプロセッサ６１００によって記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

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。

１００：放射線撮像装置、１２０：撮像領域、１４１，１４２：変換素子、２２０：記憶部、２２５：制御部

Claims (14)

1. 複数の変換素子が配された撮像領域と、制御部と、記憶部と、を備える放射線撮像装置であって、
   前記複数の変換素子は、放射線画像を取得するための第１の変換素子と、入射する放射線の照射情報を前記放射線の照射中に取得するための第２の変換素子と、を含み、
   前記記憶部には、前記第１の変換素子から出力される信号を補正するための補正データが格納され、
   前記制御部は、
   前記照射情報に応じて、前記第１の変換素子に蓄積動作を行わせる期間を決定し、
   前記補正データから前記期間に応じた補正量を決定し、
   放射線の照射後、前記第１の変換素子から出力された信号を前記補正量に従って補正し、放射線画像用の信号を生成することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記補正データは、複数の補正係数を含み、
   前記制御部は、前記複数の補正係数から前記期間に応じた１つの補正係数を前記補正量として選択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. 前記補正データは、複数の補正係数を含み、
   前記制御部は、前記期間に応じて、前記複数の補正係数のうち１つ以上の補正係数から前記補正量を生成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. 前記補正データは、補正係数を含み、
   前記制御部は、前記期間に応じて、前記補正係数から前記補正量を生成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。
5. 前記照射情報が、放射線の照射の開始の情報を含み、
   前記制御部は、前記開始の情報に応じて、前記第１の変換素子に蓄積動作を開始させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記制御部は、前記開始の情報を前記第２の変換素子から出力された信号に基づいて取得することを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記制御部は、前記開始の情報を取得する前、前記第１の変換素子をリセットすることを特徴とする請求項５または６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記照射情報は、前記第２の変換素子から出力された信号に基づいた入射した放射線の線量の情報を含み、
   前記制御部は、前記線量の累積値を取得し、前記累積値が所定のしきい値に達したことに応じて、放射線の曝射を停止させるための信号を出力するとともに、前記第１の変換素子から信号を出力させ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. 前記照射情報は、放射線の照射の終了の情報を含み、
   前記制御部は、前記終了の情報に応じて、前記第１の変換素子から信号を出力させることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記制御部は、前記終了の情報を前記第２の変換素子から出力された信号に基づいて取得することを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
11. 前記制御部は、前記補正データに基づいて放射線の照射時間を決定し、
    前記開始の情報を取得した後、前記照射時間に応じて放射線の曝射を停止させるための信号を出力するとともに、前記第１の変換素子から信号を出力させることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置からの信号を処理する信号処理部と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
13. 複数の変換素子が配された撮像領域と、記憶部と、を備える放射線撮像装置の制御方法であって、
    前記複数の変換素子は、放射線画像を取得するための第１の変換素子と、入射する放射線の照射情報を前記放射線の照射中に取得するための第２の変換素子と、を含み、
    前記記憶部には、前記第１の変換素子から出力される信号を補正するための補正データが格納され、
    前記制御方法は、
    前記照射情報に応じて、前記第１の変換素子に蓄積動作を行わせる期間を決定する工程と、
    前記補正データから前記期間に応じた補正量を決定する工程と、
    放射線の照射後、前記第１の変換素子から出力された信号を前記補正量に従って補正し、放射線画像用の信号を生成する工程と、
    を含むことを特徴とする制御方法。
14. 請求項１３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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