JP6990986B2 - 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

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 Download PDF

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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、放射線量をリアルタイムで検出することが知られている。放射線量をリアルタイムで検出することによって、放射線の照射の開始や終了の検出や、放射線の照射中に入射した放射線の積算線量を把握し自動露出制御(AEC)を行うことが可能となる。特許文献1には、放射線を検出する検出領域に配された複数の画素を、放射線画像取得用の画素および放射線検出用の画素としてあらかじめ定め、放射線の照射開始を検出することが示されている。
特開2012-15913号公報
放射線画像の撮像を行う際、放射線から変換された電荷が変換素子の半導体層のダングリングボンドや欠陥などにトラップされる場合など、電荷が撮像後に変換素子内に残留してしまう場合がある。先の撮像で生成された電荷が変換素子に残留した場合、後の撮像において、残留していた電荷が放出されることによって、入射する放射線量を検出する精度が低下しうる。放射線画像の撮像において、撮像と撮像との間隔が短いほど、この残留した電荷による影響が、より大きくなりうる。
本発明は、放射線撮像装置に入射する放射線量を検出する精度を向上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、放射線の入射に応じた放射線画像を取得する撮像動作に用いるための複数の変換素子が配された撮像領域と、該撮像領域に入射する放射線の放射線量の検出を行う検出用素子と、読出部と、制御部と、を備える放射線撮像装置であって、制御部は、第1の撮像動作での放射線の入射の終了の後に読出部によって検出用素子から読み出された、第1の撮像動作において検出用素子において生成され、残留した電荷から取得される補正用信号に基づいて取得された補正量に基づいて、第1の撮像動作の次に行われる第2の撮像動作における放射線の入射中に読出部によって検出用素子から読み出された検出用信号を補正し、補正された検出用信号に基づいて、第2の撮像動作において入射する放射線量を検出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量を検出する精度を向上する技術を提供する。
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および検出部の回路構成例を示す図。 図1の放射線撮像装置の画素の平面図および断面図。 図1の放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。 図1の放射線撮像装置の補正量の決定方法を示す図。 図1の放射線撮像装置の補正量の決定方法を示す図。 図1の放射線撮像装置の動作を示すフローチャート。 図1の放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。 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1~5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(a)は、本発明の第1の実施形態における放射線撮像装置200を用いたシステム1001の構成例を示すブロック図である。システム1001は、放射線撮像装置200、コントロールシステム1002、放射線インターフェース1003、放射線源1004を含む。コントロールシステム1002は、システム1001全体の制御を行いうる。ユーザは、コントロールシステム1002を用いて放射線画像を取得するため撮像条件などを入力する。撮像条件は、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ユーザによって適宜選択されてもよいし、個別に入力されてもよい。ユーザが、コントロールシステム1002に付属された爆射スイッチを押すと、放射線インターフェース1003を介して放射線源1004に放射線の曝射を開始する信号がコントロールシステム1002から出力される。この信号に応じて、放射線源1004は、被検体(不図示)を介して放射線撮像装置200に放射線を照射する。また、放射線源1004は、コントロールシステム1002からの曝射を停止する信号に従って放射線の照射を停止する。放射線撮像装置200は、制御部210および信号検出部220を含む。制御部210は、信号検出部220に制御信号を供給し、放射線撮像装置200の各構成要素を制御する。制御部210は、例えば、信号検出部220を制御するためのプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)211と、撮像動作を行うためのプログラムが保存されたメモリ212とを含みうる。また例えば、制御部210は、FPGA(Field Programmable Gate Array)などのPLD(Programmable Logic Device)によって構成されてもよい。また例えば、制御部210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、制御部210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、信号検出部220の動作の制御は、制御部210のみで行うことに限られることはなく、一部の制御をコントロールシステム1002が行ってもよい。
図1(b)は、放射線撮像装置200の信号検出部220の回路構成を示す等価回路図である。信号検出部220は、読出回路201、駆動回路202、バイアス電源203、および、画素101、121の配された撮像領域230を含む。読出回路201と駆動回路202とは協働し、制御部210からの制御信号に応じて、画素101、121から信号を読み出す読出部240として機能する。図1(b)に示す構成において、放射線画像を取得するための撮像領域230に、4行×6列の画素101、121が設けられている例を示すが、撮像領域230に配される画素101、121の数はこれに限定されるものではない。例えば、100行×30列の画素101、121が配されてもよいし、2000行×2000列の画素101、121が配されてもよい。
本実施形態において、撮像領域230には、放射線画像を生成する画像用信号を出力する画素101と、放射線画像を生成する画像用信号の出力および入射する放射線の放射線量を検出するための検出用信号を出力する画素121が配される。画素101は、入射した放射線に応じた電気信号である画像用信号を生成する変換素子102およびスイッチ素子103を含む。それぞれの画素101の変換素子102は、スイッチ素子103を介して信号線104(S1~S6)に接続され、画素101から出力される信号は、信号線104を介して読出回路201に入力される。画素121は、放射線画像を生成する画像用信号を出力する変換素子102’およびスイッチ素子103’と、入射する放射線の放射線量を検出するための検出用素子122およびスイッチ素子123と、を含む。それぞれの画素121の変換素子102’は、スイッチ素子103’を介して信号線104(S2、S5)に接続され、画素121の変換素子102’から出力される信号は、信号線104を介して読出回路201に入力される。それぞれの画素121の検出用素子122は、スイッチ素子123を介して検知線105(J1、J2)に接続され、画素121の検出用素子122から出力される信号は、検知線105を介して読出回路201に入力される。つまり、撮像領域230には、放射線の入射に応じた放射線画像を取得する撮像動作に用いるための複数の変換素子102、102’と、撮像領域230に入射する放射線の放射線量の検出を行う検出用素子122とが配される。本実施形態において、複数の変換素子102(画素101)の配される撮像領域230の中に、画素121の検出用素子122が配されるが、画素121の配置はこれに限られることはない。例えば、検出用素子122が、撮像領域230の周縁部に沿って、撮像領域230の外側に配されてもよい。
図1(b)に示す構成において、入射する放射線の放射線量を検出する関心領域(ROI)が、2か所(R1およびR2)設けられている。このROIの中には、画素121がそれぞれ2個ずつ配されており、放射線の入射によって検出用素子122で発生した電荷を、スイッチ素子123および検知線105を介して読み出すことで、ROIに入射する放射線の放射線量が取得できる。本実施形態において、ROIが2か所配されているが、この数や並べ方についてはこの限りではない。例えば、ROIを5×5の25か所設けてもよいし、10×10の100か所設けてもよい。また、撮像領域230内でのROIの配置方法に関しても、撮像領域230内に均等に設けてもよいし、特に関心の強い領域にかたよって配してもよい。また、1つのROIに含まれる画素121(検出用素子122)の個数についても2個に限られることはなく、1個でもよいし、3個以上でもよい。放射線撮像装置200の信号検出部220内に、少なくとも1つの検出用素子122を含む画素121が配されていればよい。
それぞれの画素101、121は、共通のバイアス配線204に接続され、バイアス電源203から一定のバイアス電圧が印加される。それぞれのスイッチ素子103、103’のゲート電極は、ゲート線106(G1~G4)に接続される。スイッチ素子103、103’は、読出部240の駆動回路202によってゲート電極に入力する電圧が切り替えられ、スイッチ素子103、103’がオン動作(導通)したとき、変換素子102、102’の信号が、読出部240の読出回路201に出力される。それぞれのスイッチ素子123のゲート電極は、ゲート線107(D1、D2)に接続される。スイッチ素子123は、読出部240の駆動回路202によってゲート電極に入力する電圧が切り替えられ、スイッチ素子123がオン動作(導通)したとき、検出用素子122の信号が、読出部240の読出回路201に出力される。本明細書において、上述のように、信号線104が延在する方向に並ぶ画素101、121の配列を列、それと交差(直行)する方向(ゲート線106、107が延在する方向)に並ぶ画素101、121の配列を行と呼ぶ。
読出回路201は、オペアンプ(増幅器)205、サンプルホールド回路(SH)206、マルチプレクサ(MUX)207、ADコンバーター(ADC)208、信号処理部209を含む。信号線104および検知線105は、オペアンプ205の入力端子と帰還容量の一方の端子とに接続される。帰還容量のもう一方の端子は、オペアンプ205の出力端子に接続される。オペアンプ205の出力端子は、サンプルホールド回路206およびMUX207を介してADC208へ接続され、画素101、121から出力される信号がデジタル変換される。信号処理部209は、デジタル変換された信号の各種処理を行う。
変換素子102、102’、122は、例えばPIN型フォトダイオードなどの光電変換素子でありうる。放射線が撮像領域230に入射すると、放射線は不図示のシンチレータによって変換素子102、102’、122で感知可能な光に変換される。変換された光が、検出用素子122に曝射されると、検出用素子122の半導体層内に発生した電子及び正孔が、印加された電界によって読み取られる。つまり、バイアス電源203と読出回路201から印加された電位の電位差によって、電子及び正孔が各電極に輸送される。この電荷を読出回路201でリアルタイムに読み出すことによって、放射線の照射情報を取得することが可能となる。本実施形態の増幅器は、例として電荷読み出しの場合について説明したが、電流読み出しや電圧読み出しの増幅器であってもよい。
次に、図2(a)~(c)を用いて画素101、121の構成について説明する。図2(a)は、画素101、121の平面図である。図2(a)に示す構成において、画素101を3画素、画素121を1画素並べた例が示されている。図2(b)は、図2(a)のA-A’間の断面図を示す。図2(c)は、図2(a)のB-B’間の断面図を示す。
図2(a)、(b)に示すように、画素121は、検出用素子122とスイッチ素子123とを含む。画素121の検出用素子122に対して、スイッチ素子123を配した方が精度よく検出用素子122から信号を取得することができるが、スイッチ素子123を配さない場合であっても、放射線の照射情報を取得することは可能である。本実施形態において、検出用素子122は、放射線から電気信号を得るための変換部としてPIN型フォトダイオード134を含む。検出用素子122は、スイッチ素子123を介して、検知線105と接続される。
検出用素子122は、ガラス基板などの絶縁性の支持基板100の上に設けられた薄膜トランジスタ(TFT)を用いたスイッチ素子123の上に、層間絶縁層130を介して積層される。検出用素子122は、電極131、PIN型フォトダイオード134、電極137を含む。検出用素子122の上には、保護膜138、層間絶縁層139、バイアス配線204、保護膜140が順に配される。保護膜140上には、不図示の平坦化膜およびシンチレータが配される。電極137は、コンタクトホールに形成されたビアを介して、バイアス配線204に接続される。
図2(a)、(c)に示すように、画素101は、変換素子102とスイッチ素子103とを含む。変換素子102には、検出用素子122と同様に、PIN型フォトダイオード134が配される。また、変換素子102は、スイッチ素子103を介して、信号線104と接続される。変換素子102およびスイッチ素子103の構成は、PIN型フォトダイオード134の大きさ(撮像領域230に対する正射影におけるPIN型フォトダイオード134面積。)以外、検出用素子122およびスイッチ素子123と同等の構成を有していてもよいため、ここでは説明を省略する。画素121における変換素子102’およびスイッチ素子103’についても同様である。
本実施形態において、変換素子102、102’、検出用素子122としてPIN型フォトダイオードを用いる場合を説明するが、これに限られるものではない。変換素子102、102’、検出用素子122として、例えば、MIS型のセンサを用いても良い。また、例えば、画素121には、画像用信号を生成するための変換素子102’と検出用信号を生成するための検出用素子122とが配されるが、検出用素子122だけが配され、変換素子102’が配されていなくてもよい。変換素子102’が配されないことによる画像用信号の欠損は、画素121の周囲に配される画素101から出力される画像用信号を用いて補正すればよい。また、本実施形態において、スイッチ素子103、103’、123は、絶縁性の支持基板100の上に配された逆スタガ型のTFTであるが、例えば、シリコンなどの支持基板100に形成されたトランジスタであってもよい。
次に、図3を用いて、放射線撮像装置200の動作について説明する。図3では、簡単化のために、それぞれのゲート線106(G1~G4)、107(D1、D2)に接続されたスイッチ素子103、103’、123がオン状態(導通状態)となる電圧をON、オフ状態(非導通状態)となる電圧をOFFと示す。また、「放射線」は、HIのとき放射線が入射し、LOのとき放射線が入射していないことを示す。また、図3に示す構成では、動画像の撮像するモード(期間T1)からモードチェンジ(期間T2)を経て静止画像を撮像するモードへ切り替え、静止画像を撮像するモード(期間T3、T4)において自動露光制御(AEC)を実施する場合を例にとって説明する。しかしながら、本実施形態における放射線撮像装置200の動作の制御は、これに限られることはない。例えば、エネルギサブトラクション画像を取得するために、互いに異なるエネルギの放射線を用いて静止画像を連続で撮影する状況でAECを実施する場合であっても用いることができる。また例えば、前の撮影の後に被写体を入れ替えて別の被写体を撮像する場合にAECを実施する場合に用いてもよい。また例えば、高線量の撮像の後にAECを実施して撮像する場合など、前の撮像による電荷が検出用素子122に残留しやすく、残留した電荷による残像が問題となりうる様々な状況において、本実施形態の動作が用いられてもよい。このように、前の撮像動作と後の撮像動作との撮像を行う条件が、互いに異なる条件の撮像に、本実施形態の動作が用いられてもよい。また例えば、同じ撮像の条件で静止画像を連続してAECを実施しながら撮像する場合に、本実施形態の動作が用いられてもよい。
また、本実施形態において、放射線撮像装置200にて露出制御としてAECを実施する場合の説明を行うが、これに限られることはない。放射線撮像装置200をAECに用いる放射線量の計測(モニタ)に用い、放射線撮像装置200の外部に配された制御ユニットによって放射線撮像装置200の制御が行われてもよい。また例えば、これから説明する放射線撮像装置200の制御方法は、露出制御として、AECだけでなく、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に用いてもよい。また例えば、この制御方法は、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知技術に用いてもよい。
まず、図3の期間T1の動作について説明する。期間T1は、動画像を撮像する撮像動作のモードで被写体を撮像している期間である。この期間T1は、放射線を被写体に当て続け、画素101、121で生成された画像用信号を繰り返し取得する。図3に示す構成では、放射線が連続して照射される場合を示すが、放射線はパルス状に照射されてもよい。また、期間T1より前、換言すると放射線の曝射の開始前は、変換素子102、102’および検出用素子122において発生するダーク電流を取り除く動作が行われてもよい。具体的には、制御部210は、変換素子102、102’および検出用素子122が定期的に定電位にリセットされるように、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御する。
次いで、期間T2の動作について説明する。期間T2は、前の撮像から次の撮像に移行するモードチェンジの期間であり、放射線の照射は停止されている期間である。すなわち、期間T2は、期間T1における放射線の入射が終了した後である。期間T3での撮像においてAECを実施する際に、検出用素子122で前の撮像において生成され、残留した電荷が放出されることに起因する残像を補正するための補正用信号を、期間T2において制御部210は取得する。
例えば、医師が放射線撮像装置200によって撮像された動画像を確認しつつ、直ちに静止画像の撮像を行いたい場合や、エネルギサブトラクション画像のように複数の静止画像の差分から1つの画像を得る場合など、短い間隔で複数回の撮像を行う場合がある。そこで、本実施形態において、撮像間の時間を短くするために、期間T1での撮像動作が終了するのに応じて、補正用信号を取得する期間T2の動作を実行する。
具体的には、まずゲート線107(D1~D2)のリセットを行い、制御部210は、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御することによって、ゲート線107の電圧がOFFのときの出力を取得する。次に、ゲート線107(D1~D2)にONの電圧を印加し、ゲート線107がONのときの出力、つまり検出用素子122からの出力を制御部210は取得する。ゲート線107がONのときの出力から、ゲート線107がOFFのときの出力を減算することによって、制御部210は、補正用信号を取得することができる。期間T2の長さは、撮像動作を行う際の手法や条件などにより大きく異なりうるが、期間T2の間に、制御部210は、少なくとも1つの補正用信号を取得する必要がある。
次に、期間T3について説明する。期間T3において、放射線の入射中に、制御部210は、駆動回路202にゲート線106(G1~G4)に常時、OFFの電圧が印加されるように制御する。これによって、スイッチ素子103、103’はオフ状態となり、変換素子102、102’には入射する放射線に応じた電荷が生成、蓄積される。同時に、制御部210は、放射線の入射中に、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御することによって、検出用素子122に蓄積された電荷に応じた検出用信号を繰り返し読み取る。このことで、検出用素子122に入射する放射線量を放射線の入射中に随時モニタする。具体的には、ゲート線107(D1~D2)にONの電圧を印加し、ゲート線107がONのときの出力、つまり検出用素子122からの出力を制御部210は取得する。ゲート線107がONのときの出力から、ゲート線107がOFFのときの出力を減算することによって、制御部210は、検出用信号を取得することができる。制御部210は、検出用信号を取得する動作を繰り返す。
取得した検出用信号に、前の撮像において生成され、残留した電荷が放出されることに起因する残像が重畳した場合、正しく入射する放射線量をモニタできず、AECの精度が低下してしまう。この課題を解決するために、制御部210は、期間T2で取得した補正用信号に基づいた補正量に従って検出用信号の補正を行う。
期間T2で得られた補正用信号が1つのみの場合、制御部210は、この補正用信号の信号値を補正量として決定し、期間T3で得られた検出用信号の信号値から減算する補正を行ってもよい。また例えば、補正用信号の信号値に、予め設定された係数を適用し、これを補正量として決定してもよい。また、制御部210が、読出部240(読出回路201および駆動回路202)に複数の補正用信号を読み出させ、複数の補正用信号を取得した場合、図4に示すように、制御部210は、期間T2で得られた複数の補正用信号に応じた補正関数を生成する。この補正関数に基づいて、期間T3の検出用信号をそれぞれ取得するタイミングで発生しうる補正量を決定し、期間T3で得られる検出用信号を補正してもよい。また、制御部210が、期間T2において複数の補正用信号を取得した場合、図5に示すように、複数の補正用信号の平均値に基づいて補正量を決定してもよい。補正量は、状況に応じて適宜選択すればよい。
制御部210は、補正された検出用信号に基づいて放射線量をリアルタイムで検出し、この放射線量に基づいて入射した放射線の積算線量を取得する。次いで、制御部210は、積算線量に応じて放射線の曝射の停止の判定を行い、判定の結果に応じて、放射線の曝射を停止させるための信号を出力する。例えば、放射線の積算線量が所定の量に達したと判定した場合、曝射を停止させるための信号を出力してもよい。また例えば、放射線の積算線量の時間変化から、積算線量が所定の量になる時間を取得し、これ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。制御部210から出力された放射線の曝射を停止さえるための信号は、コントロールシステム1002、放射線インターフェース1003を介して放射線源1004に入力され、放射線源1004は、放射線の照射を停止する。制御部210は、放射線の曝射を停止させるための信号を出力した後、期間T4へと移行し、読出部240(読出回路201および駆動回路202)に画像用信号を読み出させる。
ここで、期間T2において、補正用信号の信号値が期間T3においてAECを実施する上で補正する必要がない信号値であると制御部210が判断した場合、制御部210は、読出部240による補正用信号を取得するための駆動を中止させてもよい。制御部210は、補正用信号の取得を中止した後、期間T3になるまで、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を介して、放射線の曝射まで変換素子102、102’、検出用素子122、信号線104、検知線105のリセットを行ってもよい。また例えば、制御部210は、補正用信号の取得を中止した後、期間T3に移行するために、曝射の開始を要求する信号を出力してもよい。
また、期間T2において、複数の補正用信号を取得し、初期に取得した補正用信号の値が信用性に乏しいと制御部210が判断した場合、補正量を決定する際に初期の補正用信号を除外してもよい。取得した補正用信号の一部、例えば複数の補正用信号のうち初期に取得した1回から数回の補正用信号を除いた信号を用いて補正量を決定してもよいし、また例えば、複数の補正用信号のうち後半に取得した信号を用いて補正量を決定してもよい。
また、期間T3においてAECを実施する際、検出用信号を補正する精度を向上させるため、検出用素子122の期間T2および期間T3における駆動条件が、図3に示すように、類似していてもよい。例えば、制御部210は、補正用信号および検出用信号を同じ電荷の蓄積時間で検出用素子122から読み出させるように、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御してもよい。また例えば、制御部210は、複数の補正用信号および複数の検出用信号を同じサンプリング周期で読み出させるように、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御してもよい。放射線量をリアルタイムで検出するAECの動作は高速性が求められるため、制御部210がAECの動作と同等の条件で補正用信号を取得することによって、補正用信号を取得する時間を短縮することができる。これによって、撮像と撮像との間の時間が短い場合でも、制御部210は、補正用信号を取得することが可能となり、放射線量の検出およびAECの精度を高めることが可能となる。
次いで、期間T4について説明する。期間T4は、静止画像を撮像する撮像動作において、放射線の照射後、放射線の入射によって変換素子102、102’に蓄積された画像用信号を読み出す期間である。期間T4において、制御部210は、ゲート線107(D1~D2)にOFFの電圧が印加されるように駆動回路202を制御する。また、制御部210は、ゲート線106(G1~G4)に、順次、ONの電圧を印加するように駆動回路202を制御し、変換素子102、102’に蓄積された画像用信号を、信号線104を介して読出回路201へ転送する。画像用信号は、例えば医療診断に用いる放射線画像の信号として利用される。また、変換素子102と変換素子102’とで、光電変換を行うPIN型フォトダイオードの面積が異なるため、変換素子102と変換素子102’に入射した放射線量が同一であっても、出力される画像用信号の信号値は異なる。しかしながら、例えば信号処理部209などにおいて、白補正やゲイン調整など、適当な補正を行うことによって、放射線画像を生成する画像用信号として利用することが可能となる。
図6は、放射線撮像装置200の動作について説明するフローチャートである。まず、ステップS601において、制御部210は、医師や技師などのユーザによってコントロールシステム1002に入力された撮像の撮像情報を取得し、動画像の撮像や静止画像の撮像など撮像する際の撮像条件の設定を行う。例えば、制御部210は、コントロールシステム1002に入力された撮像情報に適合する動作プログラムをメモリ212からCPU211に読み出すことによって、撮像条件の設定が行われる。撮像条件が設定されると、制御部210は、ステップS602に進み、最初の撮像動作においてAECを実施する際に用いる補正用信号を取得するため、上述の期間T2の動作を行う。また、このとき、制御部210は、放射線画像を取得するための変換素子102、102’のダーク電流を取り除くためのリセット動作を、読出部240(読出回路201および駆動回路202)に行わせてもよい。次いで、ステップS603において、ユーザの曝射スイッチの押下などによって撮像動作の指示が入力されると、制御部210は、ステップS604に進み、曝射の開始を判定する。コントロールシステム1002から放射線源1004に出力される曝射の開始の信号を制御部210も同時に受信することによって、制御部210は、曝射の開始を判定してもよい。また、制御部210は、検出用素子122から検出用信号を出力させ、補正用信号に基づいた補正量に従って補正された検出用信号に基づいて、放射線の照射の開始を判定してもよい。ステップS604で、制御部210は、放射線の照射の開始を検出すると、ステップS605に進み、変換素子102、102’のリセット動作を終了させ、これによって撮像動作が開始する。また、同時に制御部210は、検出用素子122から検出用信号を出力させ、補正用信号に基づいて検出用素子122に入射する放射線量をリアルタイムで検出し、入射した放射線の積算線量を取得する。
撮像動作が開始されると、制御部210は、現在行っている撮像動作の次の撮像動作の指示があるか否かをステップS606で確認する。次の撮像動作の指示がある場合とは、例えば、制御部210がステップS601でコントロールシステム1002に入力された撮像情報を取得した際、ユーザがコントロールシステム1002に複数の撮像動作を連続して行うことを入力(指示)している場合である。これは例えば、図3に示す期間T1よりも前に、ユーザが期間T1から始まる撮像動作および期間T3から始まる撮像動作を含む撮像動作を指示していた場合に相当する。また例えば、次の撮像動作の指示がある場合とは、現在の撮像動作を行っている間に、ユーザが、コントロールシステム1002に現在の撮像動作に続けて行われる撮像動作を入力(指示)した場合でありうる。これは例えば、図3に示す期間T1の間に、ユーザが期間T3から始まる撮像動作を指示した場合に相当する。
ステップS606で次の撮像動作の指示がある場合、制御部210は、ステップS607で、現在の撮像動作の撮像条件と次に行われる撮像動作の撮像条件とが同じか、変更があるかを判定する。制御部210は、現在と次とで異なる撮像条件で撮像動作を続けて行う場合、ステップS608に進み、現在と次とで同じ撮像条件で撮像動作を続けて行う場合、ステップS628に進む。次いで、ステップS608に進んだ場合、制御部210は、上述の期間T3に示されるように、補正用信号に基づいた補正量によって補正された検出用信号に基づき、検出用素子122に入射した放射線の積算線量に応じて放射線の曝射の停止の判定を行う。曝射停止の判定の結果に応じて、制御部210は、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、放射線の積算線量が所定の量に達したと判定した場合、曝射を停止させるための信号を出力してもよい。また例えば、制御部210は、放射線の積算線量の時間変化から、積算線量が所定の量になる時間を取得し、これ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。制御部210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、コントロールシステム1002、放射線インターフェース1003を介して放射線源1004に入力され、放射線源1004は、放射線の照射を停止する。制御部210は、放射線の曝射を停止させるための信号を出力した後、ステップS609で、これまで行われていた撮像動作が静止画像を撮像する撮像動作だったと制御部210が判定した場合、ステップS610に進む。ステップS610は、上述の期間T4の動作でありうり、制御部210は、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御し、変換素子102、102’から画像用信号を読み出させる。制御部210は、画像用信号を取得し、撮像動作が終了したことに応じて、ステップS611に移行し、上述の期間T2に示される補正用信号の取得を行う。また、補正用の信号の取得と同時に、前の撮像動作とは異なる撮像動作を行うための撮像条件の設定を行う。例えば、動画撮像モードから静止画撮像モードへのモードチェンジが行われる。補正用信号の取得および撮像条件の設定が行われたのち、制御部210は、ステップS604に戻り、次の撮像動作の曝射の開始の判定を行う。曝射の開始が検出されると、制御部210は、次の撮像動作を開始する。また、ステップS609で、これまで行われていた撮像動作が動画像を撮像する撮像動作だったと制御部210が判定した場合、図3の期間T1に示されるように画像用信号はすでに取得されている。このため、制御部210は、撮像動作が終了したと判断し、これに応じてステップS611に移行する。
ステップS607にて、制御部210が、現在の撮像動作の撮像条件と次に行われる撮像動作の撮像条件とが同じと判定した場合、ステップS628に進む。ステップS628~S630において、制御部210は、上述のステップS608~S610と同様の制御を行う。また、制御部210は、ステップS631において、前後の撮像条件が同じため、撮像条件の設定は行ず、補正用信号の取得を行う。ステップS631にて、補正用信号の取得が行われたのち、制御部210は、ステップS604に戻り、次の撮像動作の曝射の開始の判定を行い、曝射の開始の検出後、次の撮像動作を開始する。
ステップS606で次の撮像動作の指示がない場合、ステップS648に移行し、制御部210は、補正用信号に基づいた補正量によって補正された検出用信号に基づき、検出用素子122に入射した放射線の積算線量に応じて放射線の曝射の停止の判定を行う。曝射停止の判定の結果に応じて、制御部210は、放射線の曝射を停止させるための信号を出力する。また、制御部210は、放射線の曝射を停止させるための信号を出力するまでの間、ステップS606に戻り、現在行っている撮像動作の次の撮像動作の指示があるか否かを確認する。次の撮像動作の指示が、ユーザによってコントロールシステム1002に入力された場合、ステップS607に移行し撮像動作を継続する。次の撮像動作の指示がなく、制御部210が、放射線の積算線量が所定の量に達したと判定した場合、制御部210は、制御部210は、放射線の曝射を停止させるための信号を出力し、ステップS649に移行する。ステップS649、S650において、制御部210は、上述のステップS609、S610と同様の制御を行う。
上述の説明では、ステップS608(S628、S648)において、制御部210が、曝射停止の判定の結果に応じて、放射線の曝射を停止させるための信号を出力するとして説明したが、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、放射線の照射量が被写体に対して許容される照射量を超えると判定した場合、制御部210が放射線の曝射を停止させるための信号を出力する前に放射線の曝射を停止させる。これに応じて、制御部210は、ステップS609(S629、S639)に移行してもよい。また、上述の期間T1のように動画像を撮像する場合など、ユーザが、現在の撮像動作を終了し、次の撮像に移行するようにコントロールシステム1002を介して指示することによって放射線の曝射を停止させる。これに応じて、制御部210は、ステップS608(S628、S648)からステップS609(S629、S639)に移行してもよい。
以上、説明したように、本実施形態において、撮像動作と撮像動作との間に、後の撮像動作でAECを行う際に用いる補正用信号を取得する。補正用信号の取得は、撮像動作と撮像動作との間の時間が短い場合でも補正用信号を取得できるよう、前の撮像が終了することに応じて、直ちに開始される。換言すると、繰り返し撮像動作を行う場合など、後の撮像動作で用いる補正用信号を取得しつつ、撮像動作と撮像動作との間の時間を短縮することが可能となる。AECを実施する際、取得した補正用信号に基づいた補正量に従って、検出用信号を補正することによって、前の撮像において検出用素子122に生成され、残留していた電荷が放出されることに起因する残像の影響が抑制される。結果として、放射線撮像装置200に入射する放射線量を検出する精度が向上し、得られる放射線画像の画質が向上しうる。
第2の実施形態
図7、8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7は、本発明の第2の実施形態における放射線撮像装置200の信号検出部220の回路構成を示す等価回路図である。変換素子102’、検出用素子122、スイッチ素子103’、123を含む画素121が配されず、変換素子102およびスイッチ素子103を含む画素101のみが配される。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。
次に、図8を用いて、放射線撮像装置200の動作について説明する。図8に示す構成では、動画像の撮像するモード(期間T1)からモードチェンジ(期間T2)を経て静止画像を撮像するモードへ切り替え、静止画像を撮像するモード(期間T3、T4)においてAECを実施する場合を例にとって説明する。本実施形態において、上述の第1の実施形態とは異なり、撮像領域230に、検出用素子122を含む画素121が配されず、画素101が配される。そこで、図8には、ゲート線106(G1~G4)のうちゲート線106(G4)によってスイッチ素子103が制御される画素101に含まれる変換素子102を検出用素子として用い、AECを実施する場合を示している。具体的には、図8の期間T3において、制御部210は、駆動回路202を制御することによって、ゲート線106(G4)の電圧のON、OFFを繰り返し、放射線量をリアルタイムでモニタするための検出用信号を取得する。また、制御部は、ゲート線106(G1~G3)の電圧がOFFのままとなるように駆動回路202を制御し、ゲート線106(G1~G3)によって制御される画素101の変換素子102に電荷を蓄積させる。
本実施形態においても、期間T1での撮像動作が終了するのに応じて開始される期間T2で、制御部210は、上述の第1の実施形態と同様に、期間T3でAECを行う際の検出用信号を補正するための補正用信号を取得する。さらに、本実施形態において、期間T2の動作を行う間に、制御部210は、ゲート線106(G1~G3)の電圧のON、OFFを繰り返すように制御する。これによって、制御部210は、期間T4において変換素子102のそれぞれにから読み出される画像用信号に重畳される、期間T1の撮像に起因する電荷による残像を補正するための補正用信号を取得する。期間T4でそれぞれの変換素子102から取得する画像用信号を、期間T2でそれぞれの変換素子から取得した補正用信号に基づいた補正量で補正することによって、得られる放射線画像の画質が向上しうる。ここで、図8に示す構成では、画像用信号を取得する変換素子102の補正用信号と、検出用素子として機能する変換素子102の補正用信号と、を別々にタイミングで取得するように示されているが、それぞれの補正用信号を同時に取得してもよい。期間T2の長さは、撮像動作を行う際の手法や条件などにより大きく異なりうるが、期間T2の間に、制御部210は、それぞれの変換素子102から、少なくとも1つずつの補正用信号を取得する必要がある。期間T3において、検出用信号を補正用信号に基づいた補正量によって補正する方法は、上述の第1の実施形態と同様であってもよい。
本実施形態において、撮像領域230の回路パターンが、上述の第1の実施形態の回路パターンと比較して、画素121が配されず、画素101のみが配される均一性の高いパターンになる。また、ゲート線107および検知線105を必要としないため、回路の設計や作成が容易になりうる。本実施形態において、ゲート線106(G4)に接続される画素101を用いてAECを実施する場合を説明したが、撮像状況や撮像箇所に応じて適宜、ゲート線106(G1~G4)に接続された画素101を選択すればよい。撮像領域230に配される複数の変換素子102のうち何れかが、検出用素子として機能すればよい。またAECに用いる画素101は、1つのゲート線106に接続された画素101に限られることはなく、複数のゲート線106を選択し、そのゲート線106に接続された画素101を用いてもよい。また、AECの実施に用いた画素101から出力される信号は、期間T4において画像用信号として読み出さなくてもよい。当該画素101の欠損する画像用信号は、周辺の画素101の変換素子102から出力された画像用信号を元に生成してもよい。
上述の各実施形態では、制御部210が、期間T3に取得した検出用信号を、期間T2で取得した補正用信号に基づいた補正量に従って補正し、補正された検出用信号に基づいて、放射線量をリアルタイムで検出し、これを用いてAECを実施すること説明した。しかしながら、制御部210は、AECの実施以外にも、この検出した放射線量を用いて放射線撮像装置200の露出制御を行ってもよい。例えば、図3に示す構成において、制御部210は、期間T2でゲート線106(G1~G4)に順次ONを供給し、画素101、121の変換素子102、102’がリセットされるように、読出部240(読出回路201および駆動回路202)を制御する。次いで、期間T3において、リアルタイムで検出される放射線量に基づいて、放射線の照射の開始を検出し、放射線の照射の開始の検出に応じて、それぞれの変換素子102、102’のリセット動作を中止させ、電荷の蓄積を開始させてもよい。期間T2で取得した補正用信号に基づいた補正量を用いて検出用信号を補正することによって、放射線の照射の開始を検出する放射線照射開始自動検出技術の精度を高めることができる。また例えば、期間T3において、リアルタイムで検出される放射線量に基づいて、放射線の照射の終了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。この、放射線の照射の終了の検出に応じて、期間T3から変換素子102のそれぞれから放射線画像を生成する画像用信号を読み出す期間T4に移行してもよい。
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9を参照しながら本発明の放射線撮像装置200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200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200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。
102,102’:変換素子、122:検出用素子、200:放射線撮像装置、210:制御部、230:撮像領域、240:読出部

Claims (17)

  1. 放射線の入射に応じた放射線画像を取得する撮像動作に用いるための複数の変換素子が配された撮像領域と、該撮像領域に入射する放射線の放射線量の検出を行う検出用素子と、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、第1の撮像動作での放射線の入射の終了の後に前記読出部によって前記検出用素子から読み出された、前記第1の撮像動作において前記検出用素子において生成され、残留した電荷から取得される補正用信号に基づいて取得された補正量に基づいて、前記第1の撮像動作の次に行われる第2の撮像動作における放射線の入射中に前記読出部によって前記検出用素子から読み出された検出用信号を補正し、前記補正された前記検出用信号に基づいて、前記第2の撮像動作において入射する放射線量を検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、
    前記読出部に、複数の前記補正用信号を読み出させ、
    複数の前記補正用信号に応じた補正関数を生成し、前記補正関数に基づいて前記補正量を決定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. 前記制御部は、
    前記読出部に、複数の前記補正用信号を読み出させ、
    複数の前記補正用信号の平均値に基づいて前記補正量を決定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、
    前記読出部に、複数の前記補正用信号を読み出させ、
    取得した複数の前記補正用信号のうち一部を用いて前記補正量を決定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. 前記制御部は、前記読出部に、前記補正用信号および前記検出用信号を同じ電荷の蓄積時間で読み出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、前記読出部に、複数の前記補正用信号および複数の前記検出用信号を同じサンプリング周期で読み出させることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
  7. 前記制御部は、前記放射線量に基づいて行われる露出制御として、前記放射線量に基づいて、放射線の照射の開始を検出し、放射線の照射の開始の検出に応じて、前記複数の変換素子に電荷の蓄積を開始させることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
  8. 前記制御部は、前記放射線量に基づいて行われる露出制御として、
    前記放射線量に基づいて、入射した放射線の積算線量を取得し、前記積算線量に応じて放射線の曝射の停止の判定を行い、前記判定の結果に応じて、放射線の曝射を停止させるための信号を出力し、
    放射線の照射後、前記複数の変換素子のそれぞれから放射線画像を生成する画像用信号を前記読出部に読み出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. 前記制御部は、前記放射線量に基づいて行われる露出制御として、前記放射線量に基づいて、放射線の照射の終了を検出し、放射線の照射の終了の検出に応じて、前記複数の変換素子のそれぞれから放射線画像を生成する画像用信号を前記読出部に読み出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。
  10. 前記制御部は、前記第1の撮像動作での放射線の入射の終了の後に、前記読出部によって前記複数の変換素子から読み出された前記複数の変換素子のそれぞれの変換素子ごとの信号に基づいて、前記第2の撮像動作において、前記読出部によって前記複数の変換素子のそれぞれから読み出された放射線画像を生成する画像用信号を補正することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
  11. 前記検出用素子が、前記撮像領域に配されることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
  12. 前記複数の変換素子のうち何れかが、前記検出用素子として機能することを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
  13. 前記第1の撮像動作と前記第2の撮像動作との撮像を行う条件が、互いに異な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. 前記第1の撮像動作が動画像を撮像する動作であり、前記第2の撮像動作が静止画像を撮像する動作であることを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項に記載の放射線撮像装置。
  15. 請求項1乃至14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。
  16. 放射線の入射に応じた放射線画像を取得する撮像動作に用いるための複数の変換素子が配された撮像領域と、該撮像領域に入射する放射線の検出を行う検出用素子と、読出部と、を備える放射線撮像装置の制御方法であって、
    第1の撮像動作での放射線の入射の終了の後に前記読出部によって前記検出用素子から読み出された、前記第1の撮像動作において前記検出用素子において生成され、残留した電荷から取得される補正用信号を取得する第1の工程と、
    前記第1の工程の次に行われる第2の撮像動作における放射線の入射中に前記読出部によって前記検出用素子から検出用信号を読み出させる第2の工程と、
    前記検出用信号を前記補正用信号に基づいた補正量に従って補正し、補正された前記検出用信号に基づいて、入射する放射線量を検出する第3の工程と、
    を含むことを特徴とする制御方法。
  17. 請求項16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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