JP7378245B2 - 放射線検出装置、その制御方法及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出装置、その制御方法及び放射線撮像システムに関する。

放射線によって形成される光学像を電気的に撮像する放射線撮像装置が知られている。放射線撮像装置は、放射線照射の開始に同期して放射線画像の撮像動作を実行する。同期の方式として、放射線源の制御装置から放射線撮像装置に同期信号を送る方式と、放射線撮像装置が自身に照射された放射線を検出する方式とが知られている。特許文献１は、センサ部で発生した電荷に起因した電気信号に基づいて放射線の照射開始を検出する放射線画像撮影装置を提案する。

特開２０１４－２３９５７号公報

放射線が照射されているかどうかを判定するために、放射線量の評価値と閾値とを比較する方式が考えられる。放射線量の評価値は、放射線の照射だけでなくノイズによっても変化する。そのため、放射線量の評価値に含まれるノイズが大きいと、放射線が照射されていないにもかかわらず評価値が閾値を超えてしまい、誤検出となる。本発明の１つの側面は、放射線照射の誤検出を低減するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、放射線検出装置であって、変換素子及びスイッチ素子をそれぞれ含む複数の画素を有する画素アレイと、前記複数の画素の何れかのスイッチ素子が導通状態である間に前記画素アレイで発生した第１信号と、前記複数の画素のスイッチ素子が非導通状態である間に前記画素アレイで発生した第２信号とを取得する取得手段と、前記第１信号に基づいて、放射線量に相関を有する評価値を決定する評価値決定手段と、前記評価値に基づかず且つ前記第２信号に基づいて閾値を決定する閾値決定手段と、前記評価値と前記閾値との比較に基づいて前記画素アレイに放射線が照射されているかどうかを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする放射線検出装置が提供される。

上記手段により、放射線照射の誤検出が低減する。

本発明の１つの実施形態の放射線撮像システムの構成を示す図。 本発明の１つの実施形態の放射線検出パネルの構成を示す図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置の動作を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線撮像装置の動作を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線検出動作を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線検出動作を説明する図。 比較例における放射線照射の検出を説明する図。 比較例における放射線照射の検出を説明する図。 本発明の１つの実施形態の閾値決定動作を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線照射の検出を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線照射の検出を説明する図。 本発明の１つの実施形態の放射線検出動作を説明する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、第１実施形態に係る放射線撮像システム１００の構成例について説明する。放射線撮像システム１００は、放射線で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（即ち、放射線画像データ）を得るように構成されている。放射線は、典型的には、Ｘ線でありうるが、α線、β線、γ線などであってもよい。放射線撮像システム１００は、例えば、放射線撮像装置１１０、曝射制御部１２０、放射線源１３０およびコンピュータ１４０を備えうる。放射線源１３０は、曝射制御部１２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源１３０から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置１１０に照射される。

放射線撮像装置１１０は、放射線検出パネル１１１と、放射線検出パネル１１１を制御する制御部１１２とを含む。放射線撮像装置１１０は放射線を検出するため、放射線検出装置と呼ばれてもよい。制御部１１２は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、メモリに格納されたプログラムを実行する汎用プロセッサ、又は、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うる。制御部１１２は、サンプルホールド回路、オペアンプ等のアナログ回路を含んでもよい。

制御部１１２は、放射線検出パネル１１１を制御するほか、放射線検出パネル１１１から出力される信号を処理する。制御部１１２は、放射線検出パネル１１１から出力される検出信号に基づいて放射線の照射が開始されたと判定し、放射線検出パネル１１１に放射線画像の撮像動作を開始させる。

図２には、放射線検出パネル１１１の構成例が示されている。放射線検出パネル１１１は、画素アレイ２１０を備えている。画素アレイ２１０は、放射線を検出する複数の画素ＰＩＸ、および、複数の列信号線Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ３（総称してＳＩＧ）を有する。複数の画素ＰＩＸは、複数の画素行及び複数の画素列を構成するように配置されている。画素行とは、図２で横方向に並んだ画素ＰＩＸの集合のことである。画素列とは、図２で縦方向に並んだ画素ＰＩＸの集合のことである。図２では、記載の簡単化のために、画素アレイ２１０は、３行×３列の画素ＰＩＸで構成されているが、実際には、より多くの画素ＰＩＸが配列されうる。一例において、放射線検出パネル１１１は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素ＰＩＸを有しうる。

放射線検出パネル１１１はまた、画素アレイ２１０を駆動する駆動回路（行選択回路）２２０と、画素アレイ２１０の複数の列信号線Ｓｉｇに現れる信号を検出する読出部２３０と、放射線の照射を検出する検出部２４０とを備えている。この例で、検出部２４０は、画素アレイ２１０を構成する複数の画素ＰＩＸの全部または一部に対してバイアス線Ｂｓ（導電線）を介してバイアス電位Ｖｓを与えるバイアス回路を兼ねている。

バイアス回路を兼ねる検出部２４０は、差動増幅器２４１と、差動増幅器２４１の第１入力端子と差動増幅器２４１の出力端子との間に接続されたフィードバック抵抗２４２とを含みうる。差動増幅器２４１の第２入力端子には、バイアス電位Ｖｓが供給される。イマジナリーショートにより差動増幅器２４１の第１入力端子と第２入力端子とは同一電位となる。したがって、バイアス線Ｂｓの電位は、差動増幅器２４１によってバイアス電位Ｖｓに駆動される。差動増幅器２４１の出力端子には、バイアス線Ｂｓを流れる電流、即ちバイアス線Ｂｓに現れる電気信号に応じた電位が出力される。バイアス線Ｂｓを流れる電流は、放射線の照射に対して感度を有する信号である。言い換えると、バイアス線Ｂｓを流れる電流は、放射線量に相関を有する。

放射線検出パネル１１１（具体的に、その画素アレイ２１０）に放射線が照射されると、それに応じた電流がバイアス線Ｂｓを流れる。よって、差動増幅器２４１の出力端子には、画素アレイ２１０への放射線の照射量に相関がある電気信号が現れる。検出部２４０は、差動増幅器２４１の出力端子に出力される信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２４３を含みうる。以下では、検出部２４０のＡ／Ｄ変換器２４３から出力され、制御部１１２に供給される信号を検出信号と呼ぶが、差動増幅器２４１の出力端子に出力される信号を検出信号として理解することもできる。また、差動増幅器２４１とＡ／Ｄ変換器２４３との間には、増幅回路および／またはフィルタなどの回路が配置されてもよい。Ａ／Ｄ変換器２４３は、制御部１１２に設けられてもよい。

検出部２４０は、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検出することによって画素アレイ２１０に対する放射線の照射を検出するが、これは一例である。画素アレイ２１０に対する放射線の照射は、列信号線Ｓｉｇの電位または列信号線Ｓｉｇを流れる電流を検出することによって検出されてもよい。あるいは、画素アレイ２１０に対する放射線の照射は、複数の画素ＰＩＸの一部から読出部２３０によって信号を読み出すことによって検出されてもよい。あるいは、画素アレイ２１０に対する放射線の照射は、画素アレイ２１０の中または画素アレイ２１０の外に専用の放射線検出センサを配置し、この放射線検出センサによって検出されてもよい。

各画素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（複数の列信号線Ｓｉｇのうち変換素子Ｃに対応する列信号線Ｓｉｇ）とを接続するスイッチ素子ＳＷとを含む。変換素子Ｃは、それに入射した放射線の量に対応する信号を列信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｃは、例えば、ガラス基板やプラスチック基板等の絶縁性基板上に配置され、アモルファスシリコンを主材料とするＭＩＳ型フォトダイオードを含みうる。あるいは、変換素子Ｃは、ＰＩＮ型フォトダイオードを含みうる。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、光を検出する間接型として構成されてもよい。間接型においては、シンチレータが複数の画素ＰＩＸによって共有されうる。

スイッチ素子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、スイッチ素子ＳＷの２つの主端子のうちの一方に接続され、変換素子Ｃの他方の主電極は、バイアス線Ｂｓに接続されている。バイアス線Ｂｓを介して変換素子Ｃにバイアス電圧Ｖｓが供給される。第１行の画素ＰＩＸは、スイッチ素子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、スイッチ素子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、スイッチ素子ＳＷの制御端子がゲート線Ｇ３に接続されている。ゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・には、駆動回路２２０によってゲート信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３・・・が供給される。

第１列の画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷの１つの主端子は、第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続されている。第２列の画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷの１つの主端子は、第２列の列信号線Ｓｉｇ２に接続されている。第３列の画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷの１つの主端子は、第３列の列信号線Ｓｉｇ３に接続されている。各列信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ３・・・）は、容量ＣＣを有する。

読出部２３０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。各列増幅部ＣＡは、例えば、積分増幅器２３１、可変増幅器２３２、サンプルホールド回路２３３、バッファ回路２３４を含みうる。積分増幅器２３１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２３１は、例えば、演算増幅器と、該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およびリセットスイッチとを含みうる。この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。このリセットスイッチは、制御部１１２によって駆動されるリセット信号ＲＣが活性化されることによってオンし、これにより、この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。

可変増幅器２３２は、積分増幅器２３１からの設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路２３３は、制御部１１２によって駆動されるサンプルホールド信号ＳＨが活性化されることによって可変増幅器２３２からの信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路２３３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２３４は、サンプルホールド回路２３３からの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。このサンプリングスイッチは、制御部１１２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。

読出部２３０はまた、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２３５を含む。マルチプレクサ２３５は、例えば、シフトレジスタを含み、シフトレジスタは、制御部１１２から供給されるクロック信号に従ってシフト動作を行い、シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。検出部２４０はまた、マルチプレクサ２３５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２３６、および、バッファ２３６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２３７を含みうる。ＡＤ変換器２３７の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ１４０に供給される。

放射線撮像装置１１０の動作は、初期化動作、蓄積動作および読み出し動作を含む。初期化動作は、画素アレイ２１０の複数の画素ＰＩＸを行単位で初期化する動作である。蓄積動作は、画素アレイ２１０の各画素ＰＩＸにおいて放射線の照射によって発生する電荷を蓄積する動作である。読み出し動作は、画素アレイ２１０への放射線の照射によって画素アレイ２１０の各画素ＰＩＸに蓄積された電荷に応じた信号を画素アレイ２１０から読み出して画像（画像信号）として出力する動作である。

初期化動作から蓄積動作へは、検出部２４０から出力される検出信号に基づいて制御部１１２が放射線撮像装置１１０への放射線の照射が開始されたと判定することによって移行する。蓄積動作から読み出し動作へは、例えば、蓄積動作の開始から所定時間が経過したことに応じて移行する。

図３および図４を参照して、放射線撮像装置１１０が放射線を照射されているかどうかを判定する動作の例を説明する。制御部１１２は、ステップＳ３１０において、初期化動作を開始する。初期化動作では、制御部１１２は、第１行から最終行までのゲート線Ｇ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・）を順にアクティブレベルにするとともにリセット信号ＲＣをアクティブレベルにする動作を繰り返す。ここで、リセット信号ＲＣがアクティブレベルにされると、積分増幅器２３１はボルテージフォロワ状態となり、基準電位Ｖｒｅｆが列信号線Ｓｉｇに供給される。この状態で、ゲート線Ｇがアクティブレベルにされた行のスイッチ素子ＳＷが導通状態となり、変換素子Ｃに蓄積されていた電荷が初期化される。図４において、Ｖｇ（０）、Ｖｇ（１）、Ｖｇ（２）、・・・、Ｖｇ（Ｙｓ）、Ｖｇ（Ｙｓ＋１）、・・・Ｖｇ（Ｙ－１）は、画素アレイ２１０の第１行から最終行のゲート線Ｇに供給される駆動信号を示している。本実施形態で、駆動回路２２０は、複数の画素行の何れかの画素行のスイッチ素子ＳＷを導通状態にし、その後、複数の画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷを非導通状態にする初期化動作を繰り返し行う。１つの画素行のスイッチ素子ＳＷを導通状態にし、その後、複数の画素ＰＩＸのスイッチ素子ＳＷを非導通状態にすることを１回の初期化動作と呼ぶ。駆動回路２２０は、Ｖｇ（０）～Ｖｇ（Ｙ－１）にかけてＹ回の初期化動作を実行し、その後、Ｖｇ（０）からさらに初期化動作を繰り返す。

初期化動作の期間において、検出部２４０は、画素アレイ２１０への放射線の照射量に相関を有する検出信号を出力する。初期化動作中に、ステップＳ３２０において、制御部１１２は、放射線の照射が開始されたかどうかを判定する。具体的には、制御部１１２は、検出部２４０から出力される検出信号に基づいて、画素アレイ２１０への放射線の照射が開始されたかどうかを判定する。

制御部１１２は、画素アレイ２１０への放射線の照射が開始されたと判定するまでは、初期化動作を継続する（ステップＳ３７０)。制御部１１２は、画素アレイ２１０への放射線の照射が開始されたと判定すると（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、ステップＳ３３０において蓄積動作を開始する。即ち、放射線の照射の開始が検出されると（図４には、「照射開始検出」として示されている。）、制御部１１２は、初期化動作から蓄積動作に移行する。ステップＳ３２０における処理については後述する。

蓄積動作中に、制御部１１２は、ステップＳ３４０において、放射線の照射の終了を判定する。放射線の終了の判定方法は、特に限定されないが、例えば、蓄積動作の開始から所定時間が経過したことによって放射線の照射が終了したものと判定できる。あるいは、制御部１１２は、検出部２４０から出力される検出信号の瞬間値、積分値および微分値の少なくとも１つに基づいて画素アレイ２１０への放射線の照射が終了したことを判定できる。

制御部１１２は、画素アレイ２１０への放射線の照射が終了したと判定するまでは、蓄積動作を継続する（ステップＳ３８０)。制御部１１２は、画素アレイ２１０への放射線の照射が終了したと判定すると（ステップＳ３４０においてＹＥＳ）、ステップＳ３５０において、読み出し動作を開始する。即ち、放射線の照射が終了したと判定されると（図４には、「照射終了検出」として示されている。）、制御部１１２は、蓄積動作から読み出し動作に移行する。読み出し動作では、画素アレイ２１０の先頭行の画素から最終行の画素まで順番に信号が読み出される。

図５及び図６を参照して、図３のステップＳ３２０の詳細について説明する。図５の動作は、画素アレイ２１０への放射線の照射の待機中に繰り返し行われる。図６において、Ｖｇ（Ｙｓ－２）、Ｖｇ（Ｙｓ－１）、Ｖｇ（Ｙｓ）、Ｖｇ（Ｙｓ＋１）は、画素アレイ２１０の第（Ｙｓ－２）行から第（Ｙｓ＋１）行のゲート線Ｇに供給される駆動信号を示している。

ステップＳ５０１で、制御部１１２は、放射線の照射開始を待機中に、検出信号を取得する。上述のように、この検出信号は、初期化動作を実行中に画素アレイ２１０で発生した信号である。例えば、検出信号は、初期化動作を実行中にバイアス線Ｂｓを流れる電流に基づく信号である。

図６に示すように、初期化動作を反復中に、いずれかの画素行のスイッチ素子ＳＷが導通状態になっている期間と、すべての画素行のスイッチ素子ＳＷが非導通状態になっている期間とが交互に発生する。何れかのスイッチ素子ＳＷが導通状態である間に、このスイッチ素子ＳＷに接続された変換素子Ｃに蓄積された電荷量に比例した電流がバイアス線Ｂｓに流れる。この電流に基づく検出信号をＳ信号と呼ぶ。特に、処理開始からｙ回目の初期化動作において発生したＳ信号をＳ［ｙ］とする。また、スイッチ素子ＳＷが非導通状態である間にバイアス線Ｂｓに流れる電流に基づく検出信号をＮ信号と呼ぶ。特に、処理開始からｙ回目の初期化動作において発生したＮ信号をＮ［ｙ］とする。

ステップＳ５０２で、制御部１１２は、Ｓ信号及びＮ信号に基づいて放射線量の評価値を決定する。この動作において、評価値決定部として機能する。例えば、制御部１１２は、Ｓ信号及びＮ信号に対して以下に示す加算処理と、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）処理と、フレーム補正との少なくとも何れかを施すことによって評価値を決定する。

加算処理について説明する。制御部１１２は、１回の初期化動作に対して複数のＳ信号及び複数のＮ信号を取得（例えば、サンプリング）してもよい。制御部１１２は、これらの複数のＳ信号の一部又は全部を加算又は平均化して得られる値を、この１回の初期化動作に応じた１つのＳ信号とする。同様に、制御部１１２は、これらの複数のＮ信号の一部又は全部を加算又は平均化して得られる値を、この１回の初期化動作に応じた１つのＮ信号とする。加算処理を行わない場合、すなわち、１回の初期化動作に対して１つのＳ信号及び１つのＮ信号を取得する場合に、制御部１１２は、このＳ信号及びＮ信号を後続の処理に使用する。

ＣＤＳ処理について説明する。制御部１１２は、Ｓ信号からＮ信号を減算することによってＳ信号に含まれるノイズを低減してもよい。例えば、制御部１１２は、以下の式（１）に従って、ｙ回目の初期化動作に応じた評価値Ｘ［ｙ］を取得する。

Ｘ［ｙ］＝Ｓ［ｙ］－Ｎ［ｙ］ …（１）
この式では、同じ１回の初期化動作で得られたＳ信号とＮ信号との差分をこの初期化動作の評価値Ｘ［ｙ］とする。さらに、制御部１１２は、以下の式（２）に示すように、２つの異なる画素行に対する初期化動作で得られたＮ信号を用いて、１つのＳ信号を補正してもよい。

Ｘ［ｙ］＝Ｓ［ｙ］－｛Ｎ［ｙ］＋Ｎ［ｙ－１］｝／２ …（２）
さらに、制御部１１２は、互いに隣接しない２つ以上の画素行に対する初期化動作で得られたＮ信号を用いて、１つのＳ信号を補正してもよい。制御部１１２は、ＣＤＳ処理を行わない場合に、Ｎ信号に基づかず且つＳ信号に基づいて放射線量の評価値を決定してもよい。

フレーム補正について説明する。Ｓ信号及びＮ信号に含まれるスイッチングノイズの大きさは画素行ごとに異なりうる。一方、同じ画素行のスイッチングノイズの大きさの再現性は高いことが知られている。そこで、制御部１１２は、ある１回の初期化動作に対して得られたＳ信号及びＮ信号から、同じ行に対して異なる時間に行われた初期化動作に対して得られたＳ信号及びＮ信号を減算することによって、スイッチングノイズを除去する。このような補正をフレーム補正と呼ぶ。

具体的に、制御部１１２は、以下の式（３）に従って評価値Ｘ［ｙ］を決定する。以下の式（３）では、フレーム補正とともにＣＤＳも実行される。

Ｘ［ｙ］＝［Ｓ［ｙ］－｛Ｎ［ｙ］＋Ｎ［ｙ－１］｝／２］－［Ｓ［ｙ－Ｙ］－｛Ｎ［ｙ－Ｙ］＋Ｎ［ｙ－１－Ｙ］｝／２］ …（３）
この式では、同じ画素行に対して１フレーム前（Ｙ回前の初期化動作）で得られたＳ信号及びＮ信号を用いて現在得られたＳ信号及びＮ信号を補正している。１フレーム前のＳ信号及びＮ信号に代えて又はこれに加えて、他の時点で同じ画素行に対して取得されたＳ信号及びＮ信号が用いられてもよい。

ステップＳ５０３で、制御部１１２は、ステップＳ５０２で決定された評価値が閾値よりも大きいかどうかを判定する。制御部１１２は、評価値が閾値よりも大きい場合（ステップＳ５０３でＹＥＳ）に処理をステップＳ５０４に遷移し、それ以外の場合に処理をステップＳ５０５に遷移する。ステップＳ５０４で、制御部１１２は、画素アレイ２１０に放射線が照射されていると判定する。この場合に、図３に示すように、処理はステップＳ３３０に遷移する。ステップＳ５０５で、制御部１１２は、画素アレイ２１０に放射線が照射されていないと判定する。図３に示すように、処理はステップＳ３７０に遷移し、その後、図５の動作が繰り返される。

図７及び図８を参照して、閾値が一定値である場合のステップＳ５０３の動作について説明する。図７及び図８の上側のグラフは、ステップＳ５０２で決定される放射線量の評価値の変動を示す。図７の下側のグラフは、放射線の照射量の変動を示す。図８の下側のグラフは、外来ノイズの変動を示す。図７のグラフでは、外来ノイズが発生しないとする。図８のグラフでは、放射線が照射されないとする。

図７及び図８に示すように、放射線量の評価値は、放射線撮像装置１１０自体が発生する電磁波や検出部２４０の内部雑音などによりバイアス線Ｂｓに流れる電流の影響を受ける。この電流による影響は、システムノイズと呼ばれうる。システムノイズによる誤検出を回避するために、ステップＳ５０３の閾値は、放射線が照射されていない場合の評価値の平均値をμ、システムノイズの標準偏差をσとして、μ＋３σ以上に設定される。図７及び図８において、評価値のグラフは、平均値μが０となり、閾値が１となるように正規化されている。このような閾値を用いれば、システムノイズによる誤検出を回避できる。一方、図７に示すように、放射線が照射されると、それに応じて評価値も大きくなり、その結果、評価値は閾値を超える。これによって、制御部１１２は、放射線が照射されていることを正しく検出できる。

図８は、評価値が外来ノイズの影響を受ける場合について説明する。外来ノイズとは、放射線撮像装置１１０の外部の事象に応じて評価値に発生するノイズのことである。外来ノイズを発生させる事象として以下のものがある。
・電磁波を発生させる機器（例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）等）の接近、
・機器（例えば、放射線源）の電源のオン／オフ、
・モータ（例えば、手術用の電動ドリル、放射線源の回転陽極のためのモータ）の駆動、
・強力な衝撃（例えば、衝突等）。

例えば、放射線源の中には、スイッチが押されると、それに応答して放射線管球内の陽極が回転を始めるものがあり、この際に発生する電磁波が外来ノイズを発生する。

図８に示すように、外来ノイズの影響で評価値が大きくなると、評価値が閾値を超えてしまうことがある。この場合に、放射線の照射が開始されていないにもかかわらず、制御部１１２は、放射線の照射されていると判定する。すなわち、誤検知が発生する。このような誤検出が発生すると、制御部１１２は蓄積動作（Ｓ３３０）に移行してしまい、再び初期化動作が開始されるまで放射線画像を撮像できない状態となる。この状態は、例えば、数秒程度になりうる。外来ノイズによる誤検出を軽減するために閾値を一律に大きくすると、微弱な放射線を検出できなくなる。

本発明者らは、放射線量の評価値及び上述のＮ信号について以下の知見を見出した。具体的に、放射線撮像装置１１０に放射線が照射されると、評価値は、上述の平均値μに対して正方向又は負方向に変化する。どちらの方向に変化するかは放射線撮像装置１１０の構成に依存する。本実施形態では、放射線の照射によって評価値が正方向に変換する（すなわち、評価値が大きくなる）とする。

放射線撮像装置１１０に外来ノイズが与えられると、評価値は、平均値μに対して正方向及び負方向の両方に変化する。外来ノイズが加わった評価値の正方向における波形と負方向における波形とはほぼ対象である。上述のＳ信号とＮ信号とは、平均値μに対して反対側に変化する。すなわち、Ｓ信号が正方向に変化する場合にＮ信号は負方向に変化し、Ｓ信号が正方向に変化する場合にＮ信号は負方向に変化する。評価値はＳ信号からＮ信号を減算することによって算出されるため、Ｎ信号が正方向に変化する場合に評価値は負方向に変化し、Ｎ信号が負方向に変化する場合に評価値は正方向に変化する。そこで、本実施形態で、制御部１１２は、評価値に基づかず且つＮ信号に基づいて閾値を決定し、この閾値と評価値との比較に基づいて画素アレイ２１０に放射線が照射されているかどうかを判定する。

図９を参照して、閾値を決定する動作の例を説明する。この動作は、図３のステップＳ３２０において、図５の動作（すなわち、放射線が照射されているかの判断）と並行して実行される。ステップＳ９０１で、制御部１１２は、放射線の照射開始を待機中に、Ｎ信号を取得する。制御部１１２は、図５のステップＳ５０１でＮ信号を取得しているため、このＮ信号を利用してもよい。これに代えて、制御部１１２は、別途Ｎ信号を取得してもよい。

ステップＳ９０２で、制御部１１２は、Ｎ信号に対して加算処理を行う。制御部１１２は、１回の初期化動作に対して複数のＮ信号を取得（例えば、サンプリング）してもよい。制御部１１２は、これらの複数のＮ信号の一部又は全部を加算又は平均化して得られる値を、この１回の初期化動作に応じた１つのＮ信号とする。これによって、Ｎ信号に含まれるシステムノイズを低減できる。加算処理を行う場合に、１回の初期化動作に対して取得された複数のＮ信号に基づいて１つの閾値が決定される。加算処理を行わない場合、すなわち、１回の初期化動作に対して１つのＮ信号を取得する場合に、制御部１１２は、このＮ信号を後続の処理に使用する。

ステップＳ９０３で、制御部１１２は、Ｎ信号に対してフレーム補正を行う。上述のように、フレーム補正とは、１つの画素行に対して異なる時間に行われた複数の初期化動作に対して取得された複数の検出信号（このステップでは複数のＮ信号）を用いてスイッチングノイズを低減する処理のことである。例えば、制御部１１２は、以下の式（４）に従ってＮ信号のフレーム補正を実行する。

Ｎ″［ｙ］＝Ｎ［ｙ］‐Ｎ［ｙ－Ｙ］ …（４）
この式では、１フレーム前のＮ信号（すなわち、Ｎ（ｙ－Ｙ））を用いてフレーム補正を行うが、それ以外のフレームのＮ信号を用いて現在のＮ信号に対してフレーム補正が行われてもよい。例えば、フレーム補正を行うために、Ｋフレーム前（Ｋ＞１）のＮ信号が用いられてもよいし、Ｋフレーム前のＮ信号及び（Ｋ＋１）フレーム前のＮ信号の平均値が用いられてもよい。

ステップＳ９０４で、制御部１１２は、Ｎ信号（Ｎ″［ｙ］）を積分する。これによって、積分回数とスイッチング周波数とに応じた周波数ノイズを拾うことが可能となる。Ｎ″［ｙ］の積分値をＴ［ｍ］とする（ｍは積分区間の識別子）。

ステップＳ９０５で、制御部１１２は、Ｎ″［ｙ］の積分値Ｔ［ｍ］に基づいて、外来ノイズのノイズレベルを決定する。時刻ｔにおける積分値Ｔ［ｍ］をＴ［ｍ］（ｔ）と表し、時刻ｔにおけるノイズレベルをＴ″［ｍ］（ｔ）と表す。このとき、制御部１１２は、以下の式（５）に従ってノイズレベルを決定する。

Ｔ″［ｍ］（ｔ）＝｜α［ｍ］＊Ｔ［ｍ］（ｔ）｜ （Ｔ［ｍ］（ｔ）＜０の場合）、
＝０ （Ｔ［ｍ］≧０の場合） …（５）
ここで、α［ｍ］は、放射線信号の信号処理形態に応じて事前に設定された係数である。

ステップＳ９０６で、制御部１１２は、ノイズレベルＴ″［ｍ］（ｔ）に基づいて、ステップＳ５０３で使用される閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を決定する。制御部１１２は、ノイズレベルＴ″［ｍ］（ｔ）に基づいて標準の値の閾値（例えば、図７及び図８で使用した閾値）を変化させることによって、閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を決定してもよい。例えば、標準の閾値をＴＨ［ｍ］とする。このとき、制御部１１２は、以下の式（６）に従って閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を決定する。この動作において、制御部１１２は、閾値決定部として機能する。

ＴＨ″［ｍ］（ｔ）＝ＴＨ［ｍ］（ｔ）＋Ｔ″［ｍ］（ｔ） …（６）
この閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）は、Ｎ信号に基づくが、評価値には基づかない。

放射線が照射される場合に時刻ｔ＋Δｔの時間における閾値が標準の閾値になるように、制御部１１２は、ＴＨ［ｍ］（ｔ）から一定の値を減算してもよいし、一定の値で除算してもよい。さらに、制御部１１２は、減算や除算した値と新たに計算した閾値との比較を行ってもよいし、Ｔ［ｍ］（ｔ）＞０の場合に閾値を標準の値としてもよい。さらに、制御部１１２は、時定数を有するように標準の閾値ＴＨ［ｍ］（ｔ）を変化させることによって閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を決定してもよい。また、制御部１１２は、所定の範囲内となるように閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を決定してもよい。例えば、制御部１１２は、標準の閾値を下回らず、且つ標準の閾値の３倍を超えないように閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を決定してもよい。

このように、Ｎ信号に基づいて閾値を決定し、この閾値と評価値との比較に基づいて放射線が照射されているかどうかを判定することによって、放射線照射の誤検出を低減できる。以下、図１０及び図１１を参照して、本実施形態の効果について説明する。図１０及び図１１を参照して、閾値をＮ信号に基づいて決定する場合のステップＳ５０３の動作について説明する。図１０及び図１１の上側のグラフは、ステップＳ５０２で決定される放射線量の評価値の変動を示す。これらのグラフにおいて、破線で閾値の値を示す。図１０及び図１１の中央のグラフは、ステップＳ９０１で取得されるＮ信号の変動を示す。図１０の下側のグラフは、外来ノイズの変動を示す。図１１の下側のグラフは、放射線の照射量の変動を示す。図１０のグラフでは、放射線が照射されないとする。図１１のグラフでは、外来ノイズが発生しないとする。

図１０に示すように、外来ノイズが発生すると、Ｎ信号が負方向に変化するとともに、評価値が正方向に変化する。Ｎ信号の負方向への変化に応じて、ステップＳ９０６で決定される閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）は正方向に変化する。そのため、評価値が閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を超えないため、制御部１１２は、放射線が照射されていないと判定する。すなわち、放射線照射の誤検出は発生しない。

図１１に示すように、放射線が照射されると、Ｎ信号が正方向に変化するとともに、評価値が正方向に変化する。Ｎ信号が正方向へ変化した場合に、ステップＳ９０６で決定される閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）は標準の閾値となる。そのため、評価値が閾値ＴＨ″［ｍ］（ｔ）を超え、制御部１１２は、放射線が照射されていると判定する。すなわち、放射線照射の誤検出は発生しない。

図１２を参照して、ステップＳ３０２の別の詳細について説明する。この例で、制御部１１２は、複数個の積分区間について評価値を積分し、その積分値を閾値と比較する。何れかの積分区間で積分値が閾値を上回った場合に、制御部１１２は、放射線が照射されていると判定する。図１２において、Ｓｕｍは積分値の途中結果を示し、ｎは何個前に取得された評価値を加算するかを示し、ｍは処理中の積分区間が何個目であるかを示す。また、Ｍは処理対象の積分区間の個数を示し、Ｗ［ｍ］は、ｍ個目の積分区間に含むべき評価値の個数を示す。

ステップＳ１２０１で、制御部１１２は、変数Ｓｕｍ、ｎ、ｍをそれぞれ０、０、１に初期化する。この処理を積分器のリセットと呼ぶ。ステップＳ１２０２で、制御部１１２は、評価値を積分する。具体的に、制御部１１２は、現在のＳｕｍにＸ［ｙ－ｎ］を加算する。ステップＳ１２０３で、制御部１１２は、ｎを１だけインクリメントする。

ステップＳ１２０４で、制御部１１２は、現時点の積分結果が、ｍ個目の積分区間に含むべき個数の評価値を含んでいるかどうかを判定する。制御部１１２は、この個数の評価値を含んでいる場合（ステップＳ１２０４でＹＥＳ）に処理をステップＳ１２０５に遷移し、それ以外の場合（ステップＳ１２０４でＮＯ）に処理をステップＳ１２０２に遷移する。

ステップＳ１２０５及びＳ１２０６で、制御部１１２は、図９と同様の処理を行うことによって、ノイズレベルＴ［ｍ］及び閾値Ｔ″［ｍ］を決定する。上述の式（５）におけるα［ｍ］は、積分区間ごとに定められてもよいし、一定の値でもよい。

ステップＳ１２０７で、制御部１１２は、評価値の積分値Ｓｕｍと閾値Ｔ″［ｍ］との比較に基づいて、放射線が照射されているかどうかを判定する。具体的に、制御部１１２は、Ｓｕｍ＞Ｔ″［ｍ］を満たす場合（ステップＳ１２０７でＹＥＳ）に、処理をステップＳ１２０８に遷移し、放射線が照射されていると判定する。それ以外の場合に、制御部１１２は、処理をステップＳ１２０９に遷移する。

ステップＳ１２０９で、制御部１１２は、ｍを１だけインクリメントする。ステップＳ１２１０で、制御部１１２は、判定処理を終了すべきかどうかを判定する。具体的に、制御部１１２は、ｍが処理対象の積分区間の個数よりも大きいかどうかを判定する。制御部１１２は、判定処理を終了すべき場合に、処理をステップＳ１２１１に遷移し、放射線が照射されていないと判定する。それ以外の場合に、制御部１１２は、処理をステップＳ１２０２に遷移する。

本発明の上記の実施形態における制御部１１２等のユニットは、コンピュータ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等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等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プロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００ 放射線撮像システム、１１０ 放射線撮像装置、１１２ 制御部、２１０ 画素アレイ

Claims (13)

1. 放射線検出装置であって、
   変換素子及びスイッチ素子をそれぞれ含む複数の画素を有する画素アレイと、
   前記複数の画素の何れかのスイッチ素子が導通状態である間に前記画素アレイで発生した第１信号と、前記複数の画素のスイッチ素子が非導通状態である間に前記画素アレイで発生した第２信号とを取得する取得手段と、
   前記第１信号に基づいて、放射線量に相関を有する評価値を決定する評価値決定手段と、
   前記評価値に基づかず且つ前記第２信号に基づいて閾値を決定する閾値決定手段と、
   前記評価値と前記閾値との比較に基づいて前記画素アレイに放射線が照射されているかどうかを判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記複数の画素は、複数の画素行及び複数の画素列を構成するように配置されており、
   前記放射線検出装置は、前記複数の画素行の何れかの画素行のスイッチ素子を導通状態にし、その後、前記複数の画素のスイッチ素子を非導通状態にする初期化動作を繰り返し行う駆動回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記取得手段は、前記複数の画素行のうちの１つの画素行に対する１回の初期化動作に対して複数の前記第２信号を取得し、
   前記閾値決定手段は、前記複数の第２信号に基づいて１つの前記閾値を決定することを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記閾値決定手段は、前記複数の画素行のうちの１つの画素行に対して異なる時間に行われた複数の前記初期化動作に対して取得された複数の前記第２信号に基づいて、１つの前記閾値を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線検出装置。
5. 前記閾値決定手段は、前記第２信号の積分値に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記閾値決定手段は、前記第２信号に基づいて所定の値を変化させることによって前記閾値を決定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記閾値決定手段は、時定数を有するように前記所定の値を変化させることを特徴とする請求項６に記載の放射線検出装置。
8. 前記閾値決定手段は、所定の範囲内となるように前記閾値を決定することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線検出装置。
9. 前記画素アレイは、前記複数の画素の変換素子にバイアス電圧を供給するバイアス線を更に備え、
   前記第１信号及び前記第２信号は、前記バイアス線に流れる電流に基づくことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線検出装置。
10. 前記判定手段は、前記画素アレイへの放射線の照射の待機中に、放射線が照射されているかの判定を繰り返し行うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線検出装置。
11. 前記評価値決定手段は、前記第２信号にさらに基づいて前記評価値を決定することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線検出装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線検出装置と、
    前記放射線検出装置に向けて放射線を照射する放射線源と
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
13. 変換素子及びスイッチ素子をそれぞれ含む複数の画素を有する画素アレイを備える放射線検出装置の制御方法であって、
    前記複数の画素の何れかのスイッチ素子が導通状態である間に前記画素アレイで発生した第１信号と、前記複数の画素のスイッチ素子が非導通状態である間に前記画素アレイで発生した第２信号とを取得する工程と、
    前記第１信号に基づいて、放射線量に相関を有する評価値を決定する工程と、
    前記評価値に基づかず且つ前記第２信号に基づいて閾値を決定する工程と、
    前記評価値と前記閾値との比較に基づいて前記画素アレイに放射線が照射されているかどうかを判定する工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。

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