KR101689431B1 - 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템 - Google Patents

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Abstract

방사선 촬상 장치는, 방사선을 검출하는 복수의 화소가 복수의 행 및 복수의 열을 구성하도록 배열된 화소 어레이와, 화소 어레이에 대한 방사선의 조사량에 상관이 있는 정보를 검출하고, 정보에 대응하는 검출 신호를 출력하는 검출 회로와, 검출 신호 및 검출 신호에 실시된 처리의 결과 중 하나를 복수의 적분 구간에서 적분함으로써 얻어진 복수의 적분값에 기초해서 화소 어레이에 대한 방사선의 조사를 검출하고, 그 검출에 따라 화소 어레이를 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

Description

방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템{RADIATION IMAGING APPARATUS AND RADIATION IMAGING SYSTEM}
본 발명은 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템에 관한 것이다.
방사선 촬상 장치는, 방사선 발생 장치에 의한 방사선의 조사와 동기해서 촬상 동작을 행한다. 일본 특허 공개 제2010-264085호는, 방사선이 조사를 검출하고 검출에 따라서 전하의 축적을 시작하는 방사선 화상 촬상 장치를 설명한다. 방사선 화상 촬상 장치는, 행렬로 배열된 복수의 방사선 검출 소자와, 대응하는 열의 방사선 검출 소자에 각각 접속된 복수의 바이어스선을 포함한다. 복수의 바이어스선은 결선에 접속된다. 방사선 화상 촬상 장치는, 결선에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단과, 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류에 기초해서 방사선에의 노광을 판단하기 위한 제어 수단을 포함한다.
방사선 검출 소자의 출력은 피검체에 조사된 방사선의 강도와 조사 시간의 곱으로 결정된다. 방사선의 조사 시간은 일반적으로, 1ms 내지 수백ms의 범위 내에 든다. 예를 들면, 회진용 카트에 포함된 포터블 방사선 발생기 또는 방사선 발생기는, 방사선의 출력이 약하기 때문에 긴 조사 시간을 사용하는 경향이 있다. 한편, 고정형 방사선 발생기는 피검체의 움직임에 의한 화상의 흐림(blur)을 방지하기 위해서, 조사 시간을 짧게 하는 경향이 있다. 바이어스 전류의 적분값을 사용하여 방사선의 조사가 검출되는 경우, 적분 구간이 길게 되면, 방사선의 조사를 검출할 때까지 필요한 시간이 길어진다. 따라서, 피검체에 짧은 조사 시간으로 강한 방사선이 조사되는 경우, 방사선의 조사의 종료로부터 방사선의 조사의 검출까지의 시간이 길고 화상에 아티팩트가 용이하게 발생된다. 한편, 적분 구간을 짧게 하면, 긴 조사 시간으로 약한 방사선이 피검체에 조사되는 경우에, 방사선 조사의 검출이 실패할 수 있다.
본 발명은, 피검체를 조사하는 방사선의 강도에 독립적으로 높은 정밀도로 방사선의 조사를 검출하기 위한 유리한 기술을 제공한다.
제1 양태에 있어서의 본 발명은 방사선을 검출하도록 구성된 복수의 화소가 복수의 행 및 복수의 열을 구성하도록 배열된 화소 어레이; 상기 화소 어레이에 대한 방사선의 조사량을 나타내는 정보를 검출하고, 상기 정보에 대응하는 검출 신호를 출력하도록 구성된 검출 회로; 및 상기 검출 신호 또는 상기 검출 신호에 실시된 처리의 결과 중 어느 하나를 복수의 적분 구간에서 적분함으로써 얻어진 복수의 적분값에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하고, 그 검출에 따라 상기 화소 어레이를 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는, 방사선 촬상 장치를 제공한다.
제2 양태에 있어서의 본 발명은 제1 양태에 따른 규정된 방사선 촬상 장치; 및 상기 방사선 촬상 장치로부터 출력된 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하는 방사선 촬상 시스템을 제공한다.
제3 양태에 있어서의 본 발명은 방사선을 검출하도록 구성된 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이 제어 방법이며, 상기 화소 어레이의 방사선 조사량을 나타내는 정보를 상기 화소 어레이로부터 취득하는 단계; 취득된 상기 정보 또는 취득된 상기 정보에 실시된 처리의 결과 중 어느 하나를 복수의 적분 구간에 걸쳐 적분하여 복수의 적분값을 취득하는 단계; 및 적분값에 따라 상기 화소 어레이를 제어하는 단계를 포함하는, 화소 어레이 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부 도면을 참조하여 실시예의 후술하는 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 검출 회로를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 5는 방사선의 조사의 검출에 관한 검출 회로 및 제어 유닛의 동작을 나타내는 타이밍도.
도 6은 방사선의 조사의 검출에 관한 검출 회로 및 제어 유닛의 동작을 나타내는 타이밍도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 동작(도 4의 스텝 S320)을 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 도 7에 나타내어진 처리의 실행예를 나타내는 타이밍도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 방사선 촬상 장치에 있어서의 검출 처리 블록을 나타내는 블록도.
도 11은 발명의 제4 실시예에 따른 방사선 촬상 장치에 있어서의 검출 처리 블록을 나타내는 블록도.
도 12는 방사선 촬상 시스템을 나타내는 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 예시적인 실시예를 통해 설명한다.
[제1 실시예]
도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 촬상 장치(100)의 전체 구성을 설명한다. 방사선 촬상 장치(100)는 방사선에 의해 형성되는 화상을 촬상하도록 구성된다. 화상은 도시되지 않은 방사선원으로부터 방사되어 피검체를 투과한 방사선에 의해 형성될 수 있다. 방사선은, 예를 들면, X선, α선, β선 또는 γ선일 수 있다.
방사선 촬상 장치(100)는, 화소 어레이(101)와, 구동 회로(102)와, 판독 회로(103)와, 검출 회로(120)와, 기준 바이어스 전위 발생 회로(126)와, 제어 유닛(106)을 포함한다. 방사선 촬상 장치(100)는 신호 처리 유닛(프로세서)(105)도 포함할 수 있다.
화소 어레이(101)는 복수의 행 및 복수의 열을 형성하도록 2차원으로 배열된 복수의 화소 PIX를 포함한다. 도 1에 나타낸 예에서는, 화소 PIX가 3행×3열로 배열된다. 실제로는, 보다 많은 화소 PIX가 보다 많은 행 및 열로 배열된다. 각 화소 PIX는, 방사선 또는 광을 전하로 변환하는 컨버터(201)와, 그 전하에 대응하는 전기 신호를 신호선 Sig에 출력하는 스위치 소자 T를 포함하고, 방사선을 검출하도록 구성된다.
컨버터(201)는, 예를 들면, 광을 전하로 변환하는 광전 컨버터 S와, 방사선을 광전 컨버터에 의해 검출가능한 파장을 갖는 광으로 변환하는 파장 컨버터(신틸레이터)를 포함하는 간접형 컨버터일 수 있다. 또는, 컨버터(201)는 방사선을 직접 전하로 변환하는 직접형 컨버터일 수 있다. 광전 컨버터 S는, 예를 들면, 유리 기판과 같은 절연성 기판 위에 배치된 비정질 실리콘으로부터 주로 형성되는 PIN 포토다이오드일 수 있다. 컨버터(201)의 광전 컨버터가 PIN 포토다이오드인 경우, 컨버터(201)는 커패시터 Cs를 가질 수 있다.
스위치 소자 T는, 제어 단자와 2개의 주 단자를 포함하는 트랜지스터, 예를 들면 박막 트랜지스터(TFT)일 수 있다. 컨버터(201)의 한 전극은 스위치 소자 T의 2개의 주 단자의 한 전극에 전기적으로 접속되고, 컨버터(201)의 다른 전극은 공통 바이어스선 Vs에 전기적으로 접속된다. 검출 회로(120)는 바이어스선 Vs로 바이어스 전위 VVs를 공급한다.
스위치 소자 T의 게이트는 구동 회로(102)에 의해 구동되는 구동 신호선 G에 접속된다. 구동 회로(102)는 화소 어레이(101)에서 선택되어야 할 행의 구동 신호선 G를 액티브 레벨로 구동한다. 구동 신호선 G를 통해서 액티브 레벨의 신호가 스위치 소자 T의 게이트에 공급되면, 그 스위치 소자 T가 도통 상태로 변한다. 이에 의해, 선택된 행의 화소 PIX의 컨버터(201)에 축적되어 있었던 전하에 대응하는 신호가 복수의 신호선 Sig에 병렬에 출력된다.
신호선 Sig에 출력된 신호는 판독 회로(103)에 의해 판독된다. 판독 회로(103)는 복수의 증폭기 회로(207)와 멀티플렉서(208)를 포함한다. 복수의 증폭기 회로(207)는, 1개의 증폭기 회로(207)가 1개의 신호선 Sig에 대응하도록 제공된다. 복수의 신호선 Sig에 병렬로 출력되는 선택된 행의 화소 PIX의 신호는 복수의 증폭기 회로(207)에 의해 병렬로 증폭된다.
각 증폭기 회로(207)는, 예를 들면, 적분 증폭기(203)와, 적분 증폭기(203)로부터의 신호를 증폭하는 가변 증폭기(204)와, 가변 증폭기(204)로부터의 신호를 샘플링 및 홀딩하는 샘플 및 홀드 회로(205)와, 버퍼 증폭기(206)를 포함할 수 있다. 적분 증폭기(203)는, 예를 들면, 신호선 Sig에 출력된 신호와 기준 전원(107)으로부터의 기준 전위 Vref1 사이의 차분을 증폭하는 연산 증폭기와, 적분 커패시터와, 리셋 스위치를 포함할 수 있다. 적분 증폭기(203)는 적분 커패시터의 값을 변경시킴으로써 증폭율을 변경할 수 있다. 연산 증폭기의 반전 입력 단자에는 신호선 Sig에 출력된 신호가 공급되고, 비반전 입력 단자에는 기준 전원(107)으로부터 기준 전압 Vref가 공급된다. 출력 단자는 가변 증폭기(204)의 입력 단자에 접속된다. 적분 커패시터 및 리셋 스위치는 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬에 접속된다. 샘플 및 홀드 회로(205)는 예를 들면 샘플링 스위치와 샘플링 커패시터로부터 형성될 수 있다.
멀티플렉서(208)는, 복수의 신호선 Sig에 각각 대응하는 복수의 증폭기 회로(207)로부터 병렬로 판독된 신호를 순차적으로 선택해서 출력한다. 판독 회로(103)는 멀티플렉서(208)로부터의 신호를 버퍼링하는 버퍼 증폭기(209)를 포함할 수 있다. 버퍼 증폭기(209)는 임피던스 컨버터로서 기능할 수 있다. 판독 회로(103)는 A/D 컨버터(210)를 포함할 수 있다. A/D 컨버터(210)는, 예를 들면, 버퍼 증폭기(209)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 배치될 수 있다.
판독 회로(103)로부터 출력된 신호는 신호 처리 유닛(105)에 제공될 수 있다. 신호 처리 유닛(105)은 판독 회로(103)로부터 출력된 신호를 처리해서 컴퓨터(108)에 이를 공급하도록 구성될 수 있다. 신호 처리 유닛(105)은, 방사선 촬상 장치(100)에 내장되거나 방사선 촬상 장치(100)의 외부 디바이스로서 제공될 수도 있다.
제어 유닛(106)은, 구동 회로(102)를 제어하기 위한 제어 신호, 판독 회로(103)를 제어하기 위한 제어 신호 등을 생성한다. 구동 회로(102)는, 제어 유닛(106)으로부터의 제어 신호에 따라, 신호를 판독해야 할 행의 각 화소 PIX의 스위치 소자 T를 도통 상태로 변경한다. 판독 회로(103)를 제어하기 위한 제어 신호는, 예를 들면, 리셋 신호 RC, 샘플 및 홀드 신호 SH 및 클록 신호 CLK를 포함할 수 있다. 리셋 신호 RC는 적분 증폭기(203)의 리셋 스위치를 제어한다. 샘플 및 홀드 신호 SH는 샘플 및 홀드 회로(205)를 제어한다. 클록 신호 CLK는 멀티플렉서(208)를 제어한다.
이하, 도 2를 참조하여 검출 회로(120)에 대해서 설명한다. 검출 회로(120)는, 바이어스선 Vs로 흐르는 전류를 검출하고, 그 전류를 나타내는 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 제공한다. 검출 회로(120)는, 예를 들면, 전류-전압 변환 증폭기(310)와, 전압 증폭기(320)와, 필터 회로(330)와, A/D 컨버터(340)를 포함할 수 있다. 전류-전압 변환 증폭기(310)는 바이어스선 Vs로 흐르는 전류를 전압으로 변환한다. 전압 증폭기(320)는 전류-전압 변환 증폭기(310)로부터 출력되는 신호(전압 신호)를 증폭한다. 전압 증폭기(320)는, 예를 들면, 계측(instrumentation) 증폭기로 구성될 수 있다. 필터 회로(330)는, 전압 증폭기(320)로부터 출력된 신호의 대역을 제한하는 필터이며, 예를 들면, 로우-패스 필터일 수 있다. A/D 컨버터(340)는, 필터 회로(330)로부터 출력된 신호(아날로그 신호)로부터 변환된 디지털 신호인 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 공급한다.
검출 회로(120) 또는 전류-전압 변환 증폭기(310)는, 바이어스선 Vs로 흐르는 전류를 검출할 뿐만 아니라, 기준 바이어스 전위 발생 회로(126)에 의해 주어지는 기준 바이어스 전위 Vs_ref에 대응하는 전위를 바이어스선 Vs에 공급한다. 전류-전압 변환 증폭기(310)는 트랜스임피던스 증폭기일 수 있다. 전류-전압 변환 증폭기(310)는, 예를 들면, 연산 증폭기(311)와, 연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자(제2 입력 단자)와 출력 단자 사이에 배치된 피드백 경로(312)를 포함한다. 연산 증폭기(311)의 비반전 입력 단자(제1 입력 단자)에는, 기준 바이어스 전위 Vs_ref가 주어진다. 피드백 경로는, 예를 들면, 연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자와 출력 단자를 저항 Rf1로 단락하는 제1 경로와, 반전 입력 단자와 출력 단자를 저항 Rf2로 단락하는 제2 경로와, 반전 입력 단자와 출력 단자를 전기 전도선 CL에 의해 단락하는 제3 경로를 포함할 수 있다.
저항 Rf1에는 위상 보상 커패시터 Cf1이 병렬로 접속될 수 있다. 저항 Rf2에는 위상 보상 커패시터 Cf2가 병렬로 접속될 수 있다. 위상 보상 커패시터 Cf1 및 Cf2는, 예를 들면, 전류-전압 변환 증폭기(310)가 발진하는 것을 효과적으로 방지한다. 저항 Rf2를 포함하는 경로에는 스위치 SWC가 직렬로 배치될 수 있다. 전기 전도선 CL로 구성된 경로에는 스위치 SWB가 직렬로 배치될 수 있다.
제어 유닛(106)은, 제어 신호 VSX를 검출 회로(120)에 공급하여 제1 경로, 제2 경로 및 제3 경로를 포함하는 복수의 경로 중에서 유효하게 할 경로를 선택함으로써 피드백 임피던스를 제어한다. 스위치 SWB를 닫으면, 전기 전도선 CL로 구성된 제3 경로가 유효해져, 저항 Rf1을 포함하는 제1 경로 및 저항 Rf2를 포함하는 제2 경로가 무효화된다. 스위치 SWB를 열고, 스위치 SWC를 닫으면, 제3 경로가 무효화되고, 제1 경로와 제2 경로가 유효해진다. 스위치 SWB와 스위치 SWC를 열면, 제2 경로와 제3 경로가 무효화되고, 제1 경로가 유효해진다.
연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자와 접지와의 사이에는 스위치 SWA와 저항 R이 직렬로 배치될 수 있다. 연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자와 접지와의 사이에는 커패시터 C가 배치될 수 있다.
전류-전압 변환 증폭기(310)는, 피드백 경로(312)를 포함함으로써, 연산 증폭기(311)의 비반전 입력 단자(제1 입력 단자)에 주어지는 기준 바이어스 전위 Vs_ref에 대응하는 전위를 반전 입력 단자(제2 입력 단자)에 발생시키도록 기능한다. 보다 구체적으로는, 전류-전압 변환 증폭기(310)는, 차동 증폭기 회로(311)의 비반전 입력 단자에 주어지는 기준 바이어스 전위 Vs_ref와 거의 동일한 전위를 반전 입력 단자에 발생시키도록 기능한다. 이 경우에, 전류-전압 변환 증폭기(310)의 피드백 경로(312)의 임피던스(이하, 피드백 임피던스라 칭함)를 제어 유닛(106)이 제어한다.
큰 피드백 임피던스는, 전류-전압 변환 증폭기(310)의 이득이 큰 것을 의미한다. 한편, 피드백 임피던스가 큰 경우, 이것에 의해 바이어스 전류I_Vs의 크기가 제한되어, 바이어스선 Vs의 전위가 불안정해질 수 있다. 따라서, 방사선 촬상 장치(100)의 동작, 예를 들면, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작 및 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에 따라서 피드백 임피던스가 제어되는 것이 바람직하다. 이하, 이에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
본 실시예에서, 제어 유닛(106)은, 검출 회로(120)로부터의 출력, 즉 바이어스 전류 신호 VSD에 기초해서 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 시작을 검출하고, 검출에 따라서 복수의 화소 PIX에 의한 전하의 축적 동작을 제어한다. 즉, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 시작을 신속하게 검출하기 위해서는, 바이어스선 Vs로 흐르는 전류를 검출 회로(120)가 높은 감도로 검출할 필요가 있다. 따라서, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작에 있어서, 피드백 임피던스가 큰 것이 바람직하다.
한편, 컨버터(201)의 커패시터 Cs에 축적된 전하를 스위치 소자 T를 통해 신호선 Sig에 전송할 때, 피드백 임피던스가 크다면, 컨버터(201)의 제2 전극 s2측에의 바이어스선 Vs로부터의 전류 공급이 지연된다. 특히, 강한 방사선이 부분적으로 화소 어레이(101)에 대하여 입사하는 경우에는, 컨버터(201)의 제2 전극 s2측에의 바이어스선 Vs로부터의 전류 공급의 지연으로 의해 촬상된 화상에 노이즈가 생기기 쉽다. 따라서, 컨버터(201)의 커패시터 Cs에 축적된 전하를 스위치 소자 T를 통하여 신호선 Sig에 전송할 때, 피드백 임피던스가 작게 되는 것이 바람직하다.
제어 유닛(106)은, 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작시에 있어서의 피드백 임피던스가 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작시에 있어서의 피드백 임피던스보다도 크도록 피드백 임피던스를 제어한다.
제어 유닛(106)은, 예를 들면, 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작에서는 스위치 SWB를 열고, 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에서는, 스위치 SWB를 닫는다. 이 경우에 있어서, 스위치 SWC는, 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작 및 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작의 양쪽에 있어서 열리거나 닫힐 수 있다.
또는, 제어 유닛(106)은, 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작에서는 스위치 SWB를 열고 스위치 SWC를 닫고, 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에서는, 스위치 SWB를 닫는다(스위치 SWB를 닫으므로, 스위치 SWC는 열리거나 닫힐 수 있음).
스위치 SWA 및 저항 R은 필수적이지 않다. 하지만, 스위치 SWA 및 저항 R이 제공되는 경우, 스위치 SWA는 검출 회로(120)의 비동작 기간 동안 닫혀질 수 있고, 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작에서는 열릴 수 있다. 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에서는 스위치 SWA는 닫히거나 열릴 수 있다.
전압 증폭기(320)는 가변 이득을 갖는 증폭기로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 스위치 SWD를 닫을지 또는 열지에 의해 전압 증폭기(320)의 이득이 변경될 수 있다.
방사선 촬상 장치(100)의 동작은, 초기화 동작, 축적 동작 및 판독 동작을 포함한다. 초기화 동작은 화소 어레이(101)의 복수의 화소 PIX를 적어도 하나의 행의 단위로 초기화하는 동작이다. 예를 들면, 화소 어레이(101)의 복수의 화소 PIX는 하나의 행의 단위로 초기화 된다. 축적 동작은 화소 어레이(101)의 각 화소 PIX에 있어서 방사선의 조사에 의해 발생하는 전하를 축적하는 동작이다. 판독 동작은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사에 의해 화소 어레이(101)의 각 화소 PIX에 축적된 전하에 대응하는 신호를 화소 어레이(101)로부터 판독하여 화상(화상 신호)을 출력하는 동작이다.
초기화 동작으로부터 축적 동작으로의 시프트는, 검출 회로(120)로부터의 출력에 기초해서 제어 유닛(106)이 방사선 촬상 장치(100)에의 방사선의 조사의 시작을 검출할 때 발생된다. 축적 동작으로부터 판독 동작으로의 시프트는, 예를 들면, 축적 동작의 시작으로부터 미리 정해진 시간의 경과에 따라서 발생된다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 방사선 촬상 장치(100)의 동작을 설명한다. 스텝 S310에 있어서, 제어 유닛(106)은 초기화 동작을 시작한다. 초기화 동작에서, 제어 유닛(106)은, 제1 행으로부터 마지막 행까지의 구동 신호선 G를 순차적으로 액티브 레벨로 설정하고 리셋 신호 RC를 액티브 레벨로 설정하는 동작을 반복한다. 리셋 신호 RC가 액티브 레벨로 변경되면, 적분 증폭기(203)는 전압 팔로워(follower) 상태로 설정되고, 기준 전위 Vref1이 신호선 Sig에 공급된다. 이 상태로, 구동 신호선 G가 액티브 레벨로 설정된 행의 스위치 T가 도통 상태로 변경되고, 컨버터(201)의 커패시터 Cs에 축적되어 있었던 전하가 초기화된다. 도 4를 참조하면, Vg(0), Vg(1), Vg(2),..., Vg(Ys), Vg(Ys+1),..., Vg(Y-1)은, 화소 어레이(101)의 제1 행으로부터 마지막 행의 구동 신호선 G에 공급되는 구동 신호를 나타낸다.
초기화 동작의 기간 동안, 검출 회로(120)는, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량에 상관을 갖는 정보를 검출하고, 그 정보에 대응하는 검출 신호를 제어 유닛(106)에 공급한다. 본 실시예에서는, 검출 회로(120)는, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량에 상관을 갖는 정보로서 바이어스선 Vs에 흐르는 전류 I_Vs를 검출하고, 그 정보에 대응하는 검출 신호로서, 그 전류를 나타내는 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 공급한다.
초기화 동작 동안, 스텝 S320에 있어서, 제어 유닛(106)은 방사선의 검출 처리를 행한다. 더욱 구체적으로는, 제어 유닛(106)은, 바이어스 전류 신호 VSD에 기초하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 시작을 판정한다. 제어 유닛(106)은, 예를 들면, 바이어스 전류 신호 VSD의 적분값에 기초해서 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 시작을 검출할 수 있다. 제어 유닛(106)은, 방사선의 조사를 검출하는 검출 동작시의 피드백 임피던스를 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작시의 피드백 임피던스보다 더 크게 설정한다.
제어 유닛(106)은, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 시작이 검출될 때까지는, 초기화 동작을 계속한다(스텝 S370). 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 시작을 검출하면(스텝 S320의 예), 제어 유닛(106)은 스텝 S330에서 축적 동작을 시작한다. 즉, 방사선의 조사의 시작이 검출되면(도 4에 "조사 시작 검출"로 나타내어짐), 초기화 동작으로부터 축적 동작으로의 시프트가 발생된다. 스텝 S320에 있어서의 검출 처리에 대해서는 도 7을 참조하여 후술한다.
축적 동작 동안, 스텝 S340에 있어서, 제어 유닛(106)은 방사선의 조사의 종료를 판정한다. 방사선의 조사의 종료 판정 방법은 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 축적 동작의 시작으로부터 미리 정해진 시간의 경과에 따라 방사선의 조사가 종료한 것이라고 판정될 수 있다. 또는, 제어 유닛(106)은, 바이어스 전류 신호 VSD의 순간값, 적분값 및 미분값 중 적어도 하나에 기초해서 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검출할 수 있다.
제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사가 종료했다고 판정할 때까지는 축적 동작을 계속한다(스텝 S380). 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사가 종료되었다고 판정하면(스텝 S340의 예), 제어 유닛(106)은 스텝 S350에서 판독 동작을 시작한다. 즉, 방사선의 조사가 종료했다고 판정되면(도 4에 "조사 종료 검출"로 나타내어짐), 축적 동작으로부터 판독 동작으로의 시프트가 발생된다. 판독 동작에서, 화소 어레이(101)의 첫번째 행의 화소로부터 마지막 행의 화소까지 순차적으로 신호가 판독된다.
도 5는, 방사선의 조사의 검출에 관한 검출 회로(120) 및 제어 유닛(106)의 동작을 나타낸다. 도 5를 참조하면, Vg(Ys-2), Vg(Ys-1), Vg(Ys) 및 Vg(Ys+1)은, 화소 어레이(101)의 (Ys-2)번째 행부터 (Ys+1)번째 행의 구동 신호선 G에 공급되는 구동 신호를 나타낸다.
바이어스선 Vs에 흐르는 전류에 관해서, 방사선 촬상 장치(100)는 이하의 특징을 가질 수 있다.
(1) 방사선의 조사 동안, 화소 PIX의 스위치 소자 T의 도통/비도통 상태에 독립적으로 단위 시간당의 방사선의 조사량에 비례한 전류가 바이어스선 Vs에 흐른다. 이 전류는 도 5에 "제1 신호"로서 나타내어진다.
(2) 방사선이 조사된 화소 PIX의 스위치 소자 T가 도통 상태로 변경되면, 스위치 소자 T가 도통 상태로 변경될 때까지 화소 PIX의 컨버터(201)에 축적되어 있던 전하량에 비례한 전류가 바이어스선 Vs에 흐른다. 이 전류는, 도 5에 "제2 신호"로서 나타내어진다.
(3) 화소 PIX의 스위치 소자 T의 도통/비도통이 스위칭되면, 바이어스선 Vs에 전류가 흐른다. 이 전류는, 스위칭 노이즈라고 칭해질 수 있다.
(4) 방사선 촬상 장치(100)에 충격이나 자계가 가해지면, 바이어스선 Vs에 전류가 흐른다. 이 전류는 외부 노이즈라고 칭해질 수 있으며, 도 5에 "외부 노이즈"로서 나타내어진다.
(5) 방사선 촬상 장치(100)에 충격이나 자계가 가해지지 않더라도, 방사선 촬상 장치(100) 자체에 의해 발생된 전자기파나 검출 회로(120)의 내부 노이즈로 인해 바이어스선 Vs에 전류가 흐른다. 이 전류를 시스템 노이즈라고 칭할 수 있다.
방사선의 조사, 보다 구체적으로는 방사선의 조사의 시작을 검출하기 위해서는, 검출 신호로서의 바이어스 전류 신호 VSD의 샘플링값이 직접 사용될 수 있다. 그렇지만, 충격이나 자계의 영향에 의해 발생된 외부 노이즈가 무시될 수 없는 경우에는, 바이어스 전류 신호 VSD의 처리에 의해 도출되는 결과(이를 방사선 정보라고 칭함)에 기초해서 방사선의 조사가 검출되는 것이 바람직하다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 화소 PIX의 스위치 소자 T가 도통 상태로 설정되었을 때에 바이어스선 Vs에 흐르는 바이어스 전류가 S로서 샘플링된다. 또한, 화소 PIX의 스위치 소자 T가 비도통 상태로 설정되었을 때에 바이어스선 Vs에 흐르는 바이어스 전류가 N으로서 샘플링된다. S와 N 사이의 차분을 계산함으로써 외부 노이즈가 제거될 수 있다. 하지만, 외부 노이즈는 시간의 경과에 따른 변동하고, 서로 가까운 시간에서 샘플링되는 S와 N을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, y번째 샘플링된 S를 S(y), y번째에 샘플링된 N을 N(y), 외부 노이즈를 제거함으로써 얻어진 샘플값(방사선 정보)을 X(y)라고 한다. 이 경우에, X(y)는 이하에 의해 얻어질 수 있다.
X(y)=S(y)-{N(y)+N(y-1)}/2···(1)
식 (1)은, 스위치 소자 T가 도통 상태일 때의 바이어스 전류 신호 VSD(검출 신호)와 스위치 소자 T가 비도통 상태일 때의 바이어스 전류 신호 VSD(검출 신호) 사이의 차분의 계산을 나타낸다.
상술한 방식으로 외부 노이즈를 저감하는 방법을, 본 명세서에서는 CDS(상관 이중 샘플링)라고 칭할 것이다. CDS의 계산은, 식 (1)의 계산 방법에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, X(y)를 계산하기 위해서, N(y)와 N(y-1) 중 하나가 사용될 수 있거나, 인접하지 않는 S(y-1)이나 N(y-2)와 같은 샘플값이 사용될 수도 있다. 또는, y번째 샘플링된 S(y)를 얻기 위해서 S가 그 기간 동안 복수회 샘플링되어, 샘플링된 값이 가산될 수도 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 스위치 소자 T의 도통/비도통 상태의 스위칭시에 발생되는 스위칭 노이즈가 몇몇 경우에 무시될 수 없다. 이러한 경우, 스위칭 노이즈가 저감시키기 위해서, 바이어스 전류 신호 VSD의 처리 결과(방사선 정보)에 기초해서 방사선의 조사(의 시작)가 검출되는 것이 바람직하다. 스위칭 노이즈를 저감하는 처리의 예로서는, 바이어스 전류 신호 VSD의 값으로부터 사전에 샘플링된 스위칭 노이즈의 값을 감산하는 처리를 들 수 있다.
스위칭 노이즈의 크기는 행 간에 변할 수 있다. 단일 행에서 스위칭 노이즈 크기는 재현 가능한 것으로 확인되었다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 동일 행의 바이어스 전류값으로부터 직전의 프레임의 바이어스 전류값을 감산하는 것으로, 스위칭 노이즈가 효과적으로 저감될 수 있다. 화소 어레이(101)의 행의 수가 Y인 경우, 직전 프레임의 S는 S(y-Y)이고, 직전 프레임의 N은 N(y-Y)이다. 따라서, Y는 아래에 의해 얻어진다.
X(y)=[S(y)-{N(y)+N(y-1)}/2]
- [S(y-Y)-{N(y-Y)+N(y-1-Y)}/2]···(2)
식 (2)의 제1항은, y번째 행에 대해서, 스위치 소자 T가 도통 상태일 때의 바이어스 전류 신호 VSD(검출 신호)와 스위치 소자 T가 비도통 상태일 때의 바이어스 전류 신호 VSD(검출 신호)과의 차분이 계산되는 것을 의미한다.
식 (2)의 제2항은, 직전의 프레임의 y번째 행에 대해서, 스위치 소자 T가 도통 상태일 때의 바이어스 전류 신호 VSD(검출 신호)와 스위치 소자 T가 비도통 상태일 때의 바이어스 전류 신호 VSD(검출 신호) 사이의 차분이 계산되는 것을 의미한다. 식 (2) 전체는, 동일한 행에 대한 최신의 차분과 그 직전의 차분 사이의 차분이 얻어진다는 것을 의미한다.
상술한 방식으로 스위칭 노이즈를 저감하는 방법은 프레임 보정으로 칭해질 수 있다. 프레임 보정의 계산은, 식 (2)의 계산 방법에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, k 프레임 앞의 S 및 N이 사용될 수도 있다(k>1). S 또는 N만을 사용해서 계산이 행해질 수도 있다. CDS가 불필요한 경우에는, CDS 없이 프레임 보정이 행해진다는 것에 유의해야 한다.
이하, 도 7을 참조하여 도 4의 스텝 S320에 있어서의 방사선의 검출 처리에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 제어 유닛(106)은, 바이어스 전류 신호 VSD 또는 바이어스 전류 신호 VSD(예를 들어, 바이어스 전류값 VSD를 증폭한 결과)의 처리 결과(방사선 정보)를 적분함으로써 방사선의 조사(의 시작)를 검출한다. 이 경우에, 제어 유닛(106)은, 바이어스 전류 신호 VSD의 처리 결과(방사선 정보)인 X[n]을 적분함으로써 방사선의 조사(의 시작)를 검출한다. X[n]은 이전에 샘플링된 n번째 방사선 정보를 나타낸다. 즉, X[0]이 최신의 방사선 정보이다. n이 큰만큼 더 먼 과거에 취득된 방사선 정보이다.
스텝 S710에서, 제어 유닛(106)은, 적분값 Sum과, 방사선 정보의 인덱스 n과, 적분 구간의 식별 번호 m(m은 자연수)에 대하여 초기값을 부여한다. 초기값은 Sum=0, n=0, m=1이다. 이것을 적분기의 리셋이라고 칭한다.
스텝 S720에서, 제어 유닛(106)은, 적분값 Sum과 이전에 샘플링된 n번째 방사선 정보 X[n]을 가산함으로써 얻어진 값을 새로운 적분값 Sum으로 설정한다. 즉, Sum=Sum+X[n]이다. 스텝 S730에서, 제어 유닛(106)은 n=n+1을 실행한다. 스텝 S740에서, 제어 유닛(106)은 구간 판정을 행한다. 스텝 S740의 구간 판정에 있어서, n이 미리 지정된 m번째 적분 구간 W[m]을 초과하지 않을 경우(아니오), 프로세스는 스텝 S720으로 복귀하여 적분(누적 가산)을 계속한다. 한편, n이 W[m]을 초과하는 경우(예), 프로세스는 스텝 S750으로 진행하여 조사 시작 판정을 행한다.
스텝 S750의 조사 시작 판정에서, 적분값 Sum이 미리 정해진 m번째 적분 구간의 임계값 T[m]을 초과하는 경우(예), 제어 유닛(106)은 방사선의 조사가 개시된 것으로 판정한다. 즉, 제어 유닛(106)은, 적분값 Sum과 m번째 적분 구간의 임계값 T[m]을 비교함으로써 방사선의 조사의 시작을 검출한다. 이것에 의해, 도 3의 스텝 S320의 판정은 "예"로 종료된다. 한편, 적분값 Sum이 m번째 적분 구간의 임계값 T[m]을 초과하지 않을 경우(아니오), 제어 유닛(106)은, 스텝 S760에서 m=m+1을 실행하고, 스텝 S770에서 종료 판정을 행한다.
스텝 S770의 종료 판정에 있어서, m이 적분 구간의 수 M을 초과하지 않는 경우(아니오), 제어 유닛(106)은 스텝 S720으로 복귀하여 적분(누적 가산)을 계속한다. 한편, 스텝 S770의 종료 판정에 있어서, m이 적분 구간의 수 M을 초과하는 경우(예), 제어 유닛(106)은, 방사선의 조사가 행해지지 않고 있다고 판정한다. 이것에 의해, 도 3의 스텝 S320의 판정은 "아니오"로 종료된다.
도 8은 도 7에 나타내어진 처리의 실행예를 나타낸다. 단순화를 위해서, 적분 구간의 수 M은 4, 제1 적분 구간 W[1]=8, 제2 적분 구간 W[2]=16, 제3 적분 구간 W[3]=32, 제4 적분 구간 W[4]=64로 설정된다는 것에 유의해야 한다. 또한, 적분값 Sum이 모든 적분 구간 m에 있어서 임계값 T[m]을 넘지 않는 것으로 상정한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 우선, 적분값 Sum과, 인덱스 n과, 적분 구간의 번호 m에 초기값이 부여된다. 초기값은 Sum=0, n=0 및 m=1이다. 그 다음에, 적분값 Sum과 방사선 정보 X[0]을 가산함으로써 얻어진 값이 새로운 적분값 Sum으로 설정된다. 즉, Sum=Sum+X[0]이다. 이러한 적분(누적 가산) 후에, n=n+1이 실행되고 구간 판정이 행해진다. 1회째의 누적 가산 후에 n은 1이다. 이러한 이유로, n은 제1 적분 구간 W[1]=8을 초과하지 않는다. 즉, 구간 판정이 "아니오"로 종료된다. 따라서, 적분을 위한 누적 가산이 행해진다. 적분을 위한 누적 가산이 8회 반복되면, 적분값 Sum은 8개의 방사선 정보 X[0] 내지 X[7]을 적분함으로써 얻어진 값과 동등하다. 또한, n=8이므로, n은 제1 적분 구간 W[1]=8을 초과한다. 즉, 구간 판정이 "예"로 종료되므로, 조사 시작 판정이 행해진다. 조사 시작 판정에 있어서, 적분값 Sum이 미리 정해진 제1 적분 구간의 임계값 T[1]을 초과하지 않으므로, m=m+1이 실행되고 종료 판정이 행해진다. 1회째의 조사 시작 판정의 후에, m은 1이다. 이러한 이유로, m은 적분 구간의 개수 M=4를 초과하지 않는다. 즉, 종료 판정이 "아니오"로 종료되므로, 적분을 위한 누적 가산이 다시 행해진다. 적분을 위한 누적 가산이 64회 반복되면, 제1 내지 제4 적분 구간에 있어서의 검출 판정이 행하여져, 적분 구간의 번호는 m=4이다. 따라서, 종료 판정이 "예"로 종료되고, 도 3의 스텝 S320은 "아니오"로 종료된다.
상술한 검출 판정(스텝 S320)은, 바이어스 전류 신호 VSD가 새롭게 샘플링되어 방사선 정보 X가 새롭게 생성될 때마다 행해질 수 있다. 예를 들면, 1행의 초기화 동작이 실행될 때마다 검출 판정(스텝 S320)이 실행될 수 있다.
상술한 설명으로부터 명확한 바와 같이, 제어 유닛(106)은, 검출 신호(VSD) 또는 그 검출 신호의 처리 결과(X)를 복수의 적분 구간 W[1] 내지 W[M]에서 적분함으로써 얻어진 복수의 적분값에 기초해서 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검출한다. 제어 유닛(106)은, 그 검출에 따라서 화소 어레이(101)를 제어한다(예를 들면, 초기화 동작으로부터 축적 동작으로의 시프트).
상술한 방법으로 방사선의 조사가 검출된다. 따라서, 짧은 조사 시간 동안 강한 방사선의 조사를 수행할 때, 짧은 적분 구간 후의 조사 시작 판정(스텝 S750)에 의해 즉시 방사선의 조사가 검출된다. 긴 조사 시간 동안 약한 방사선의 조사를 수행할 때, 긴 적분 구간에서의 적분에 의해 방사선의 조사가 신뢰성있게 검출된다. 따라서, 다양한 조사 시간으로 피검체를 조사하는 방사선을 검출할 수 있다.
임계값 T[1] 내지 T[M]은, 동일할 수 있다(미리 정해진 값). 그렇지만, 바이어스 전류 신호 VSD 또는 그 신호에 실시된 처리한 결과인 방사선 정보 X는 노이즈를 포함한다. 적분 구간이 길어지면, 노이즈량이 증가해서 검출 에러가 발생하기 쉽다. 따라서, 각각의 적분 구간에 고유한 임계값이 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 바이어스 전류 신호 VSD 또는 그 신호에 실시되는 처리 결과인 방사선 정보 X에 포함되는 노이즈가 백색 노이즈이며, 주어진 적분 구간의 길이가 W1인 경우, 적분값 Sum에 포함되는 노이즈의 표준 편차는 N1이라고 상정한다. 이 때, 적분 구간이 k배로 되었을 경우의 적분값 Sum에 포함되는 노이즈의 표준 편차는, N1의 √k배이다. 따라서, 적분 구간의 길이가 W1*k이라고 했을 때의 임계값은 W1*√k로 설정되는 것이 바람직하다.
조사 시작 판정에 이용되는 정보는, 바이어스 전류 신호 VSD 또는 그 신호에 실시된 처리 결과인 방사선 정보 X 중 어느 하나일 수 있다. 바이어스 전류 신호 VSD에 CDS 및 프레임 보정 처리를 행해서 얻어진, 노이즈를 저감한 방사선 정보 X를 사용하는 것이 더욱 유리하다. 이 경우, X선 정보에 포함되는 노이즈 성분에서 시스템 노이즈가 지배적이다. 시스템 노이즈는 백색 노이즈로 간주될 수 있다. 이러한 이유로, 적분 구간의 길이가 k배 되었을 때에 임계값이 √k배로 되는 것이 바람직하다.
다음에, 적분 구간의 수와 그 길이에 대해서 검토한다. 일반적으로, 적분 구간의 수 M이 큰만큼, 양립가능한 조사 시간의 범위는 넓어진다. 그렇지만, M이 지나치게 크면 구현이 곤란하다. 양립가능한 조사 시간을 좁히지 않고 M을 감소시키기 위해서는, 인접하는 적분 구간 사이의 관계가 최적화될 필요가 있다. 본 발명자는, 수학적인 검토 결과, 적분 구간의 길이는 등비 급수로 주어지는 것이 바람직하다는 것을 찾아냈다. 즉, (m+1)번째 적분 구간의 길이 W[m+1]은 이하를 따르는 것이 바람직하다.
W[m+1]=k*W[m](k>1) ···(3)
k는 1보다 큰 실수이며, 하드웨어 구현의 관점에서 정수인 것이 바람직하다. 임계값에 대한 관계를 고려하면, k=4일 때 구현이 용이하다. 이 경우, (m+1)번째 적분 구간의 길이 W[m+1] 및 (m+1)번째 임계값 T[m+1]은 이하를 따르는 것이 바람직하다.
W[m+1]=4*W[m]
T[m+1]=√4*T[m]=2T[m]···(4)
상술한 실시예에서는, CDS 및 프레임 보정을 위한 계산이 적분을 위한 계산 전에 행하여졌다. 하지만, CDS, 프레임 보정 및 적분을 위한 계산의 순서는 임의로 정해질 수 있다. 예를 들면, 적분을 위한 계산 후에 CDS 및 프레임 보정을 위한 계산이 행해질 수 있다.
상술한 실시예에서, 모든 화소 PIX는 공통 바이어스선 Vs에 접속된다. 하지만, 독립한 복수의 바이어스선이 제공될 수 있다. 이 경우, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량을 가리키는 정보로서, 복수의 바이어스선의 전부 또는 일부에 흐르는 전류가 이용될 수 있다.
상술한 실시예에서, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량을 가리키거나 나타내는 정보로서, 바이어스선 Vs에 흐르는 전류I_Vs가 이용된다. 그렇지만, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량을 나타내는 정보로서, 예를 들면, 구동 회로(102) 및/또는 판독 회로(103)에 흐르는 전류를 이용될 수도 있다. 또는, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량을 나타내는 정보로서, 화소 어레이(101)의 신호선 Sig에 흐르는 전류가 이용될 수도 있다.
화소 어레이(101)에의 방사선의 조사량을 나타내는 정보로서의 물리량은, 전류에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 전압 또는 전하일 수도 있다. 전류, 전하 및 전압이 혼재할 수도 있다.
상술한 실시예에서는, 복수의 적분 구간의 하나에서 적분값이 임계값을 초과하는 경우에, 방사선의 조사가 개시된 것이라고 판정된다. 하지만, 복수의 적분값의 적어도 2개의 미리 정해진 수의 적분값의 각각이 대응하는 임계값을 초월했을 때에, 방사선의 조사가 개시된 것으로 판정될 수도 있다.
제어 유닛(106)은, 복수의 적분값 중에서 대응하는 임계값을 초과하는 적분값에 관련되는 적분 구간에 따라서 검출 회로(120)의 동작을 변경하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(106)은, 예를 들면, 복수의 적분값 중에서 대응하는 임계값을 초과한 적분값에 관련되는 적분 구간에 따라서 검출 회로(120)의 이득을 변경하도록 구성될 수 있다. 이는, 후속하는 촬상을 위한 검출 처리를 최적화할 수 있다.
제어 유닛(106)은, 복수의 적분값 중에서 대응하는 임계값을 초과하는 적분값에 관련되는 적분 구간을 나타내는 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 정보는 컴퓨터(108)에 의해 이용될 수 있다. 이 정보에 기초하여, 컴퓨터(108)는, 예를 들면, 방사선 촬상 장치(100)로부터 출력된 화상을 처리하는 데 사용되는 파라미터(예를 들면, 노이즈를 저감하는 처리를 위한 파라미터)를 변경할 수 있다.
[제2 실시예]
이하, 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명할 것이다. 제2 실시예에서 언급되지 않는 사항에 대해서는, 제1 실시예가 동등하게 적용될 수 있다. 제1 실시예에 따른 방사선 촬상 장치(100)는 통상적으로는 1행의 초기화 동작 동안 검출 처리를 행하도록 구성될 수 있다. 그렇지만, 적분 구간 W[m]이 길 경우, 누적 가산의 횟수가 증가한다. 이것은, 검출 처리에 필요한 시간을 연장시키고, 촬상된 화상에 아티팩트가 발생할 수 있다. 제2 실시예는, 적분 구간이 긴 경우에도 검출 처리에 필요한 시간을 단축하기 위한 유리한 기술을 제공한다.
도 9는 제2 실시예에 따른 방사선 촬상 장치(100)의 동작을 나타낸다. 설명의 단순화를 위해, 도 7에 나타내어진 검출 처리에 4행의 초기화 동작의 시간이 필요한 것으로 상정한다. 검출 처리를 행하는 블록(적분기)의 개수는 4이다. 각각의 블록이 계산을 시작하는 타이밍은 1행의 초기화 동작의 시간만큼 시프트된다. 이러한 구성에서는, 1개의 적분 구간에서의 검출 처리는 1행의 초기화 동작당 1회로 행해진다. 따라서, 방사선의 조사가 검출될 때까지의 지연 시간을 단축할 수 있다.
제2 실시예에서, 블록(적분기)의 개수는 4이고, 검출 처리는 4행의 초기화 동작에 필요로 하는 시간을 요구한다. 그렇지만, 방사선 촬상 장치(100)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 블록(적분기)의 개수는 8일 수 있고, 검출 처리는 16행의 초기화 동작에 필요로 하는 시간을 요구할 수 있다. 이 경우, 방사선의 조사가 검출될 때까지 2행에 대응하는 지연 시간이 필요하다.
[제3 실시예]
이하, 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 제3 실시예에서 언급되지 않는 사항에 대해서는, 제1 실시예가 동등하게 적용될 수 있다. 제1 실시예에서는, 1개의 적분기를 이용해서 복수의 적분 구간에서의 적분이 실행된다. 제3 실시예에서는, 복수의 적분기를 이용해서 복수의 적분 구간에서의 적분이 실행된다. 1개의 적분기는 1개의 적분 구간에서의 적분을 할당받을 수 있다.
도 10은 제어 유닛(106)에 통합될 수 있는 검출 처리 블록(500)을 나타낸다. 검출 처리 블록(500)은, 시프트 레지스터(501)와, 가산기(502a, 502b)와, 적분값을 보유하는 레지스터(503a, 503b)와, 비교기(504a, 504b)와, OR 회로(505)를 포함할 수 있다. 제3 실시예에서는, 적분값 Sum이 단일값이 아니고, m번째 적분값 Sum[m]으로서 규정된다. 최신의 방사선 정보는 X로서 칭해질 수 있다.
우선, 시프트 레지스터(501)에 저장된 값 X[n] 및 m번째 적분값 Sum[m]이 초기화된다. 이것을 적분기의 리셋이라고 칭할 것이다. 그 다음에, 도시되지 않은 클록이 시프트 레지스터(501)에 부여될 때마다, 시프트 레지스터(501)에 저장된 X[n]이 시프트된다. 즉, 시프트 레지스터(501)는 아래에 의해 나타내어지는 처리를 행한다.
X[n]=X[n-1](n>1)
X[n]=X(n=0)···(5)
가산기(502a, 502b)와 적분값을 보유하는 레지스터(503a, 503b)는 도시되지 않은 클록이 부여될 때마다 누적 가산(적분)을 행한다. 즉, 가산기(502a, 502b) 및 레지스터(503a, 503b)는 아래에 의해 나타내어지는 처리를 행한다.
Sum[m]=X+Sum[m]-X[W[m]] ···(6)
가산기(502a) 및 레지스터(503a)는 1개의 적분기를 구성하며, 가산기(502b) 및 레지스터(503b)는 다른 적분기를 구성한다.
예를 들면, 리셋 후의 k 클록의 방사선 정보를 Xk라고 한다. 이 경우, W[m]=4의 때의 Sum[m]의 값은 아래와 같이 변한다. Sum[m]은 방사선 정보 X를 적분 구간 W[m]에서 적분함으로써 얻어진 값이다.
Sum[m]=0(리셋 직후)
Sum[m]=X1+0-0=X1(k=1)
Sum[m]=X2+X1-0=X2+X1(k=2)
Sum[m]=X3+X2+X1-0=X3+X2+X1(k=3)
Sum[m]=X4+X3+X2+X1-0=X4+X3+X2+X1(k=4)
Sum[m]=X5+X4+X3+X2+X1-X1=X5+X4+X3+X2(k=5)
Sum[m]=X6+X5+X4+X3+X2-X2=X6+X5+X4+X3(k=6)
···
Sum[m]=XK+XK-1+XK-2+XK-3(k=K)
즉, 시프트 레지스터(501)의 탭(판독 위치)에 의해 결정되는 적분 구간에서 적분값이 계산될 수 있다. 이러한 적분값의 계산은 1클록에 의해 완료되므로, 조사 시작 판정에 필요한 시간이 대폭 단축될 수 있다.
상술한 M 적분기가 배치되는 경우, m번째 적분 구간 W[m]에 있어서의 m번째 적분값 Sum[m]이 얻어질 수 있다(m=1 내지 M). 또한, 비교기(504a, 504b)와 같은 M 비교기가 배치된다. 비교기는 m번째 임계값 T[m]과 m번째 적분값 Sum[m]을 비교한다. 어느 하나의 비교기에서 Sum[m]>T[m]인 경우, OR 회로(505)에 의해, 도 7에 나타내어진 처리와 같이 방사선의 조사가 개시된 것으로 판정될 수 있으며, 즉, 방사선의 조사가 검출될 수 있다. 어느 하나의 비교기에서 Sum[m]>T[m]이 유지되지 않는 경우, 방사선 조사가 수행되지 않고 있는 것으로 판정된다.
도 10에 나타내어진 구성예에서는, 적분값을 보유하기 위한 각각의 레지스터에 가산기 및 비교기가 제공된다. 하지만, 이것은 단지 예이다. 예를 들면, 복수의 레지스터가 1개의 가산기 및 1개의 비교기를 공유할 수 있다.
시프트 레지스터(501)는 하나의 블록으로 구성될 수 있지만, 복수의 블록으로 분할될 수도 있다. 시프트 레지스터(501)를 구성하는 복수의 블록은, 예를 들면, FPGA 상의 서로 다른 메모리 구획에 구현될 수 있다. 도 10에 나타내어진 구성은 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.
[제4 실시예]
이하, 본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 제4 실시예에서 언급되지 않는 사항에 대해서는, 제3 실시예가 동등하게 적용될 수 있다. 제1 내지 제3 실시예에서, 바이어스 전류 신호 VSD 또는 바이어스 전류 신호 VSD에 실시된 처리 결과인 방사선 정보 X의 적분값에 기초해서 방사선의 조사(의 시작)가 검출된다. 제4 실시예에서, 복수의 적분값 중 적어도 2개의 적분값 사이의 차분에 기초해서 방사선의 조사(의 시작)가 검출된다.
도 11은 제어 유닛(106)에 통합될 수 있는 검출 처리 블록(600)을 나타낸다. 검출 처리 블록(600)은, 시프트 레지스터(601)와, 가산기(602a, 602b)와, 적분값을 보유하는 레지스터(603a, 603b)와, 비교기(604)와, OR 회로(605)와, 감산기(606)를 포함할 수 있다. 2개의 상이한 m번째 적분 구간 W[m] 및 W'[m]이 존재하고, 2개의 상이한 m번째 적분값 Sum[m] 및 Sum'[m]이 존재한다.
가산기(602a) 및 레지스터(603a)는 1개의 적분기를 구성하며, 가산기(602b) 및 레지스터(603b)는 다른 적분기를 구성한다. Sum[m]은 방사선 정보 X를 적분 구간 W[m]에서 적분함으로써 얻어진 값이다. Sum'[m]은 방사선 정보 X를 적분 구간 W'[m]에서 적분함으로써 얻어진 값이다.
감산기(606)는 적분값 Sum[m]과 적분값 Sum'[m] 사이의 차분을 출력한다. 비교기(604)는 그 차분과 임계값 T[m]을 비교함으로써 방사선의 조사(의 시작)를 판정한다.
도 11은 제1 적분 구간에 대응하는 블록만을 나타내지만, 실제로는 m번째 적분 구간에 대응하는 블록이 존재한다.
제4 실시예에서, 구조는 적분값을 보유하기 위한 2개의 상이한 레지스터와 2개의 상이한 적분 구간을 포함한다. 하지만, 1개의 레지스터 및 1개의 적분 구간만이 포함될 수 있다. 예를 들면, W'[m]=W[m+1]-W[m]인 경우, 아래를 얻는다.
Sum[m]-Sum'[m]
=Sum[m]-(Sum[m+1]-Sum[m])
=2*Sum[m]-Sum[m+1]···(7)
상술한 바와 같이, 적분값들 사이의 차분과 임계값을 비교해서 방사선의 조사가 검출된다. 이것은, 바이어스선 Vs에 흐르는 전류의 검출값에 포함되는 저주파수 노이즈를 저감할 수 있게 한다. 본 발명에서 사용되는 임계값 T[m]은, 방사선이 조사되지 않는 동안 얻어진 바이어스 전류 신호에 대해 검출 대상 바이어스 전류에 대한 처리와 같은 처리를 행해서 얻어지는 것이 바람직하다.
도 12는, 본 발명에 따른 방사선 촬상 장치가 X선 진단 시스템(방사선 촬상 시스템)에 적용되는 예를 나타내는 도면이다. 방사선 촬상 시스템은, 방사선 촬상 장치(6040)(상술한 방사선 촬상 장치(100)에 대응) 및 방사선 촬상 장치(6040)로부터 출력되는 신호를 처리하는 화상 프로세서(6070)를 포함한다. X선 튜브(방사선원)(6050)에 의해 발생된 X선(6060)은 환자 또는 피검체(6061)의 흉부(6062)를 투과하여 방사선 촬상 장치(6040)에 입사한다. 입사한 X선은 피검체(6061)의 내부 정보를 포함한다. 화상 프로세서(프로세서)(6070)는, 방사선 촬상 장치(6040)로부터 출력되는 신호(화상)를 처리할 수 있고, 예를 들면, 처리에 의해 얻어진 신호에 기초해서 제어 룸의 디스플레이(6080) 상에 화상을 표시할 수 있다.
또한, 화상 프로세서(6070)는 처리에 의해 얻어진 신호를 전송선(6090)을 통해 원격 사이트에 전송할 수 있다. 이것은, 다른 장소의 닥터 룸에 배치된 디스플레이(6081) 상에 화상을 표시할 수 있게 하거나, 광 디스크와 같은 기록 매체에 화상을 기록할 수 있게 한다. 기록 매체는 필름(6110)일 수 있다. 이 경우, 필름 프로세서(6100)는 필름(6110) 상에 화상을 기록한다.
실시예를 참조하여 본 발명이 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 수정, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의 해석에 따라야 한다.

Claims (36)

  1. 방사선을 검출하도록 구성된 복수의 화소가 복수의 행 및 복수의 열을 구성하도록 배열된 화소 어레이;
    상기 화소 어레이에 대한 방사선의 조사량을 나타내는 정보를 검출하고, 상기 정보에 대응하는 검출 신호를 출력하도록 구성된 검출 회로; 및
    상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출될 때까지 방사선 검출 처리를 행하고, 상기 검출에 따라 상기 화소 어레이를 제어하도록 구성된 제어 유닛으로서, 상기 방사선 검출 처리 시에, 상기 검출 신호 또는 상기 검출 신호에 실시된 처리의 결과 중 어느 하나를 서로 상이한 복수의 적분 구간에서 적분하고, 상기 적분에 의해 얻어진 적분값과 임계값 사이의 비교에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는 제어 유닛을 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 화소의 각각은 방사선의 조사량에 대응하는 전하를 발생시켜 축적하도록 구성된 컨버터를 포함하고,
    상기 검출 회로는, 상기 컨버터에 바이어스 전위를 부여하는 바이어스선에 흐르는 전류에 대응하는 신호를 상기 검출 신호로서 출력하는, 방사선 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 방사선의 조사가 검출될 때까지, 상기 화소 어레이의 상기 복수의 화소를 1개 이상의 행의 단위로 순차적으로 초기화하는 초기화 동작을 반복하도록 상기 화소 어레이를 제어하는, 방사선 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 화소의 각각은 상기 컨버터를 신호선에 접속하도록 구성된 스위치 소자를 더 포함하고, 상기 컨버터에 축적된 전하에 대응하는 신호를 상기 신호선에 출력하도록 구성되고,
    상기 초기화 동작은 초기화되어야 할 행의 각 화소의 스위치 소자를 도통 상태로 설정하는 동작을 포함하고,
    상기 처리는, 상기 스위치 소자가 도통 상태일 때의 검출 신호와 상기 스위치 소자가 비도통 상태일 때의 검출 신호 사이의 차분을 취득하는 것을 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리는, 동일한 행에 대하여 최신의 차분과 그보다 선행하는 차분 사이의 차분을 취득하는 것을 더 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 처리는, 동일한 행에 대하여 최신의 검출 신호와 그보다 선행하는 검출 신호 사이의 차분을 취득하는 것을 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 복수의 적분값에 대한 적분에 의해 취득되는 복수의 적분값 중 2개 이상의 적분값 사이의 차분에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 복수의 적분 구간에 대한 적분에 의해 취득되는 복수의 적분값과 임계값 사이의 비교에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    고유한 임계값이 상기 복수의 적분 구간의 각각에 할당되는, 방사선 촬상 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 적분값 중 하나가 대응하는 임계값을 초과할 때, 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 적분값 중 2 이상을 포함하는 미리 정해진 수의 적분값이 대응하는 임계값을 초과할 때, 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 적분값 중에서 대응하는 임계값을 초과하는 적분값과 연관되는 적분 구간을 나타내는 정보를 출력하는, 방사선 촬상 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 적분 구간 중 1개의 적분 구간의 길이를 W라 하고, 상기 1개의 적분 구간에 할당된 임계값을 T라고 하였을 때, 상기 복수의 적분 구간 중 다른 적분 구간의 길이는 k×W(k는 1보다 큰 실수)이고, 상기 다른 적분 구간에 할당된 임계값은 T×√k인, 방사선 촬상 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    m번째 적분 구간(m은 자연수)의 길이를 W라고 하였을 때, (m+1)번째 적분 구간의 길이는 k×W(k는 1보다 큰 실수)인, 방사선 촬상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 단일 적분기를 이용해서 상기 복수의 적분 구간에 대한 적분을 행하는, 방사선 촬상 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 복수의 적분기를 이용해서 상기 복수의 적분 구간에 대한 적분을 행하는, 방사선 촬상 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 적분 구간은 제1 적분 구간 및 상기 제1 적분 구간보다 긴 제2 적분 구간을 포함하고,
    상기 제2 적분 구간에서의 적분의 결과로서의 적분값은, 상기 제1 적분 구간에서의 적분의 결과로서의 적분값과, 적분 시에 적분되는 상기 처리의 결과 또는 상기 검출 신호 중 하나의 합인, 방사선 촬상 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방사선 촬상 장치; 및
    상기 방사선 촬상 장치로부터 출력된 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 방사선 촬상 시스템.
  19. 방사선을 검출하도록 구성된 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이 제어 방법이며,
    검출 회로에 의해, 상기 화소 어레이에 대한 방사선 조사량을 나타내는 정보를 상기 화소 어레이로부터 취득하는 단계;
    제어 유닛에 의해, 상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출될 때까지 방사선 검출 처리를 행하는 단계로서, 상기 방사선 검출 처리는 검출 신호 또는 상기 검출 신호에 실시된 처리의 결과 중 어느 하나를 서로 상이한 복수의 적분 구간에서 적분하는 단계와, 상기 적분에 의해 얻어진 적분값과 임계값 사이의 비교에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는 단계를 포함하는, 방사선 검출 처리를 행하는 단계; 및
    상기 제어 유닛에 의해, 적분값에 따라 상기 화소 어레이를 제어하는 단계를 포함하는, 화소 어레이 제어 방법.
  20. 방사선을 검출하도록 구성된 복수의 화소가 복수의 행 및 복수의 열을 구성하도록 배열된 화소 어레이;
    상기 화소 어레이에 대한 방사선의 조사량을 나타내는 검출 신호를 출력하도록 구성된 검출 회로; 및
    상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출될 때까지 방사선 검출 처리를 행하도록 구성된 제어 유닛으로서, 상기 방사선 검출 처리 시에, 소정 기간 동안, 상기 검출 신호 또는 상기 검출 신호에 실시된 처리의 결과 중 어느 하나를 적분함으로써 제공되는 적분값에 기초하여, 상기 적분을 리셋하지 않고 상기 화소 어레이가 방사선에 조사되는지의 여부를 판정하는 것을 반복적으로 행하는 제어 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 소정 기간에 상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출되지 않는 경우, 상기 적분을 리셋하고 다음 기간에 대하여 상기 방사선 검출 처리를 계속하며, 상기 제어 유닛은, 상기 소정 기간에 상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출되는 경우, 상기 방사선 검출 처리를 종료하며, 상기 제어 유닛은 상기 검출에 따라서 상기 화소 어레이를 제어하는, 방사선 촬상 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 화소의 각각은 방사선의 조사량에 대응하는 전하를 발생시켜 축적하도록 구성된 컨버터를 포함하고,
    상기 검출 회로는, 상기 컨버터에 바이어스 전위를 부여하는 바이어스선에 흐르는 전류에 대응하는 신호를 상기 검출 신호로서 출력하는, 방사선 촬상 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 방사선의 조사가 검출될 때까지, 상기 화소 어레이의 상기 복수의 화소를 1개 이상의 행의 단위로 순차적으로 초기화하는 초기화 동작을 반복하도록 상기 화소 어레이를 제어하는, 방사선 촬상 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 화소의 각각은 상기 컨버터를 신호선에 접속하도록 구성된 스위치 소자를 더 포함하고, 상기 컨버터에 축적된 전하에 대응하는 신호를 상기 신호선에 출력하도록 구성되고,
    상기 초기화 동작은 초기화되어야 할 행의 각 화소의 스위치 소자를 도통 상태로 설정하는 동작을 포함하고,
    상기 처리는, 상기 스위치 소자가 도통 상태일 때의 검출 신호와 상기 스위치 소자가 비도통 상태일 때의 검출 신호 사이의 차분을 취득하는 것을 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 처리는, 동일한 행에 대하여 최신의 차분과 그보다 선행하는 차분 사이의 차분을 취득하는 것을 더 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 처리는, 동일한 행에 대하여 최신의 검출 신호와 그보다 선행하는 검출 신호 사이의 차분을 취득하는 것을 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 2개 이상의 적분값 사이의 차분에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 서로 상이한 복수의 적분 구간에 대한 적분에 의해 취득되는 복수의 적분값과 임계값 사이의 비교에 기초해서 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    고유한 임계값이 상기 복수의 적분 구간의 각각에 할당되는, 방사선 촬상 장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 적분값 중 하나가 대응하는 임계값을 초과할 때, 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 적분값 중 2 이상을 포함하는 미리 정해진 수의 적분값이 대응하는 임계값을 초과할 때, 상기 화소 어레이의 방사선의 조사를 검출하는, 방사선 촬상 장치.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복수의 적분값 중에서 대응하는 임계값을 초과하는 적분값과 연관되는 적분 구간을 나타내는 정보를 출력하는, 방사선 촬상 장치.
  32. 제20항에 있어서,
    m번째 적분 구간(m은 자연수)의 길이를 W라고 하였을 때, (m+1)번째 적분 구간의 길이는 k×W(k는 1보다 큰 실수)인, 방사선 촬상 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 단일 적분기를 이용해서 상기 복수의 적분 구간에 대한 적분을 행하는, 방사선 촬상 장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 복수의 적분기를 이용해서 상기 복수의 적분 구간에 대한 적분을 행하는, 방사선 촬상 장치.
  35. 제20항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 방사선 촬상 장치; 및
    상기 방사선 촬상 장치로부터 출력된 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 방사선 촬상 시스템.
  36. 방사선을 검출하도록 구성된 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이 제어 방법이며,
    검출 회로에 의해, 상기 화소 어레이에 대한 방사선 조사량을 나타내는 정보를 상기 화소 어레이로부터 취득하는 단계;
    제어 유닛에 의해, 상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출될 때까지 방사선 검출 처리를 행하는 단계로서, 상기 방사선 검출 처리는, 소정 기간 동안, 검출 신호 또는 상기 검출 신호에 실시된 처리의 결과 중 어느 하나를 적분함으로써 제공되는 적분값에 기초하여, 상기 적분을 리셋하지 않고 상기 화소 어레이가 방사선에 조사되는지의 여부를 판정하는 것을 반복적으로 행하는 단계를 포함하고, 상기 소정 기간에 상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출되지 않는 경우, 상기 적분이 리셋되고 다음 기간에 대한 상기 방사선 검출 처리가 계속되며, 상기 소정 기간에 상기 화소 어레이의 방사선 조사가 검출되는 경우, 상기 방사선 검출 처리가 종료되는, 방사선 검출 처리를 행하는 단계; 및
    상기 제어 유닛에 의해, 상기 검출에 따라서 상기 화소 어레이를 제어하는 단계를 포함하는, 화소 어레이 제어 방법.
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