KR20140108152A - 방사선 촬상 장치 및 방사선 촬상 시스템 - Google Patents

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KR20140108152A
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도모유키 야기
가츠로 다케나카
히데유키 오카다
쇼 사토
아츠시 이와시타
다쿠야 류
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Abstract

본 발명에 따른 방사선 촬상 장치는, 복수의 화소가 배열된 화소 어레이로서, 복수의 화소 각각은 방사선에 대응하는 전하를 축적하도록 구성된 컨버터를 포함하는, 화소 어레이와; 복수의 화소의 컨버터에 바이어스 전위를 인가하도록 구성된 바이어스 선과; 바이어스 선에 흐르는 전류를 검지하도록 구성된 검지 회로; 및 검지 회로로부터의 출력에 기초하여 화소 어레이에의 방사선 조사의 개시를 검지하고, 방사선 조사의 개시의 검지에 따라 복수의 화소의 전하 축적 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 검지 회로는 차동 증폭 회로 및 피드백 경로를 포함하고, 기준 바이어스 전위에 대응하는 전위를 바이어스 선에 인가한다. 차동 증폭 회로는 기준 바이어스 전위가 인가되는 제1 입력 단자, 바이어스 선이 접속된 제2 입력 단자 및 출력 단자를 포함하고, 피드백 경로는 출력 단자와 제2 입력 단자를 접속한다.

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 동기하여 촬상 동작을 행한다. 일본 특허 공개 제2010-268171호 공보에는, 방사선이 조사된 것을 검출하고, 그에 따라 전하의 축적을 개시하는 방사선 화상 촬영 장치가 기재되어 있다. 상기 방사선 화상 촬영 장치는 행렬 형상으로 배열된 복수의 방사선 검출 소자와, 각각 해당하는 열(column)의 방사선 검출 소자에 접속된 복수의 바이어스 선을 갖는다. 복수의 바이어스 선은 결선에 접속되어 있다. 상기 방사선 화상 촬영 장치는 상기 결선을 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단을 포함한다. 상기 전류 검출 수단은 결선을 흐르는 전류의 증감을 검출함으로써 방사선의 조사의 개시나 종료를 검출한다. 상기 방사선 화상 촬영 장치에서는 상기 결선을 흐르는 전류의 검출이 불필요해졌을 경우에는, 전류 검출 수단의 동작이 정지됨과 함께 바이어스 전원이 상기 결선에 접속된다.
일본 특허 공개 제2010-268171호 공보에 기재된 방사선 화상 촬영 장치에서는, 복수의 바이어스 선이 접속된 결선을 흐르는 전류를 검출하는 필요가 없을 경우에는, 바이어스 전원이 상기 결선에 접속되어 상기 복수의 바이어스 선에 바이어스 전압이 공급된다. 따라서, 바이어스 전원으로부터 상기 복수의 바이어스 선에 노이즈가 전해지기 쉽고, 촬영한 화상에 라인 노이즈(line noise) 등의 노이즈가 발생할 수 있다.
본 발명은 바이어스 선을 흐르는 전류에 기초하여 방사선의 조사를 검지하는 방사선 촬상 장치에 있어서 상기 바이어스 선의 전위를 제어하기 위한 신규 기술을 제공한다.
본 발명의 제1 양태는, 복수의 화소가 배열된 화소 어레이로서, 복수의 화소 각각은 방사선에 대응하는 전하를 축적하도록 구성된 컨버터를 포함하는, 화소 어레이와; 상기 복수의 화소의 컨버터에 바이어스 전위를 인가하도록 구성된 바이어스 선과; 상기 바이어스 선에 흐르는 전류를 검지하도록 구성된 검지 회로와; 상기 검지 회로로부터의 출력에 기초하여 상기 화소 어레이에의 방사선 조사의 개시를 검지하도로 구성되고, 상기 방사선 조사의 개시의 검지에 따라 상기 복수의 화소의 전하 축적 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 방사선 촬상 장치를 제공하며, 상기 검지 회로는 차동 증폭 회로 및 피드백 경로를 포함하고, 기준 바이어스 전위에 대응하는 전위를 상기 바이어스 선에 인가하도록 구성되며, 상기 차동 증폭 회로는 상기 기준 바이어스 전위가 인가되는 제1 입력 단자와, 상기 바이어스 선이 접속된 제2 입력 단자와, 출력 단자를 포함하고, 상기 피드백 경로는 상기 출력 단자와 상기 제2 입력 단자를 접속하고, 방사선 조사를 검지하는 검지 동작 시의 상기 피드백 경로의 임피던스는 상기 화소 어레이로부터의 신호의 판독 동작 시의 상기 피드백 경로의 임피던스보다 크다.
본 발명의 제2 양태는, 제1 양태로 정의된 방사선 촬상 장치 및 상기 방사선 촬상 장치로부터의 출력되는 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하는 방사선 촬상 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 설명한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 방사선 촬상 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 2는 화소를 구동했을 때에 흐르는 전류를 설명하기 위한 도면.
도 3은 검지 회로의 구성예를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 방사선 촬상 장치의 동작을 설명하는 도면.
도 5는 방사선 촬상 시스템을 예시하는 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 그 예시적인 실시형태를 통하여 설명한다. 후술하는 본 발명의 실시형태 각각은, 본 발명의 제1 양태는 단독으로 구현되거나, 또는 필요에 따라 또는 단일 실시형태에서 개별 실시형태로부터의 구성요소들이나 특징들의 조합이 유리할 경우 복수의 실시형태나 그 특징들을 조합하여 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면서 본 발명의 일 실시형태의 방사선 촬상 장치(100)의 전체 구성을 설명한다. 방사선 촬상 장치(100)는 방사선에 의해 형성되는 화상을 촬영하도록 구성되어 있다. 화상은 (도시되지 않은) 방사선 원으로부터 방사되어 피검체를 투과한 방사선에 의해 형성될 수 있다. 방사선은, 예를 들어 X선, α선, β선 또는 γ선일 수 있다.
방사선 촬상 장치(100)는 화소 어레이(101), 구동 회로(102), 판독 회로(103), 검지 회로(120), 기준 바이어스 전위 발생 회로(126) 및 제어 유닛(106)을 포함한다. 또한, 방사선 촬상 장치(100)는 신호 처리 유닛(프로세서)(105)을 포함할 수 있다.
화소 어레이(101)는 복수의 행 및 복수의 열을 구성하도록 이차원 형상으로 배열된 복수의 화소 PIX를 갖는다. 도 1에 도시하는 예에서는, 화소 PIX가 3행 x 3열을 구성하도록 배열되어 있다. 실제로는, 더 많은 행 및 열을 구성하도록 더 많은 화소 PIX가 배열된다. 각 화소 PIX는 방사선 또는 광을 전하로 변환하는 컨버터(201)와, 그 전하에 따른 전기 신호를 신호선 Sig에 출력하는 스위치 소자 T를 포함한다.
컨버터(201)는, 예를 들어 광을 전하로 변환하는 광전 컨버터 S와, 방사선을 광전 컨버터가 검지가능한 파장의 광으로 변환하는 파장 컨버터(신틸레이터)를 포함하는 간접형의 컨버터일 수 있다. 또는, 컨버터(201)는 방사선을 직접 전하로 변환하는 직접형의 컨버터일 수 있다. 광전 컨버터 S는, 예를 들어, 유리 기판 등의 절연성 기판의 상에 배치된 아몰퍼스 실리콘을 주재료로 하는 PIN형 포토다이오드일 수 있다. 컨버터(201)의 광전 컨버터가 PIN형 포토 다이오드일 경우, 컨버터(201)는 커패시터 Cs를 가질 수 있다.
스위치 소자 T는, 제어 단자와 2개의 주 단자(primary terminal)를 갖는 트랜지스터, 예를 들어, 박막 트랜지스터(TFT)일 수 있다. 컨버터(201)의 한쪽의 전극은 스위치 소자 T의 2개의 주 단자의 한쪽의 전극에 전기적으로 접속되고, 컨버터(201)의 다른 쪽의 전극은 공통인 바이어스 선 Vs에 전기적으로 접속된다. 바이어스 선 Vs에는 검지 회로(120)에 의해 바이어스 전위 VVs가 공급된다.
스위치 소자 T의 게이트는 구동 회로(102)에 의해 구동되는 구동 신호선 G에 접속되어 있다. 구동 회로(102)는 화소 어레이(101)에 있어서의 선택해야 할 행의 구동 신호선 G를 액티브 레벨로 구동한다. 구동 신호선 G를 통하여 액티브 레벨의 신호가 스위치 소자 T의 게이트에 공급되면, 스위치 소자 T가 도통 상태로 된다. 이에 의해, 선택된 행의 화소 PIX의 컨버터(201)에 축적되어 있었던 전하에 따른 신호가 복수의 신호선 Sig에 병렬로 출력된다.
신호선 Sig에 출력된 신호는 판독 회로(103)에 의해 판독된다. 판독 회로(103)는 복수의 증폭 회로(207)와 멀티플렉서(208)를 포함한다. 복수의 증폭 회로(207)는 1개의 증폭 회로(207)가 1개의 신호선 Sig에 대응하게 설치되어 있다. 복수의 신호선 Sig에 병렬로 출력되는 선택된 행의 화소 PIX의 신호는 복수의 증폭 회로(207)에 의해 병렬로 증폭된다.
각 증폭 회로(207)는, 예를 들어 적분 증폭기(203)와, 적분 증폭기(203)로부터의 신호를 증폭하는 가변 증폭기(204)와, 가변 증폭기(204)로부터의 신호를 샘플하여 홀드하는 샘플 홀드 회로(205)와 버퍼 증폭기(206)를 포함할 수 있다. 적분 증폭기(203)는 예를 들어 신호선 Sig에 출력된 신호와 기준 전원(107)으로부터의 기준 전위 Vref1의 차분을 증폭하는 연산 증폭기와, 적분 커패시터 및 리셋 스위치를 포함할 수 있다. 적분 증폭기(203)는 적분 커패시터의 값을 바꿈으로써 증폭률을 변경할 수 있다. 연산 증폭기의 반전 입력 단자에는, 신호선 Sig에 출력된 신호가 공급되고, 비반전 입력 단자에는 기준 전원(107)으로부터의 기준 전압 Vref가 공급된다. 출력 단자는 가변 증폭기(204)의 입력 단자에 접속되어 있다. 적분 커패시터 및 리셋 스위치는 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬로 접속되어 있다. 샘플 홀드 회로(205)는 예를 들어 샘플링 스위치 및 샘플링 커패시터로 구성될 수 있다.
멀티플렉서(208)는 복수의 신호선 Sig에 각각 대응하는 복수의 증폭 회로(207)로부터 병렬로 판독된 신호를 순차적으로 선택하여 출력한다. 판독 회로(103)는 멀티플렉서(208)로부터의 신호를 버퍼링하는 버퍼 증폭기(209)를 포함할 수 있다. 버퍼 증폭기(209)는 임피던스 변환기로서 기능할 수 있다. 판독 회로(103)는 A/D 변환기(210)를 가질 수 있다. A/D 변환기(210)는 예를 들어 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 처리하여 컴퓨터(108)에 공급하도록 구성될 수 있다. 신호 처리 유닛(105)은 방사선 촬상 장치(100)에 내장될 수 있거나, 방사선 촬상 장치(100)의 외부 장치로서 제공될 수 있다.
제어 유닛(106)은 구동 회로(102)를 제어하는 제어 신호 및 판독 회로(103)를 제어하는 제어 신호 등을 발생한다. 구동 회로(102)는 제어 유닛(106)으로부터의 제어 신호에 따라, 신호를 판독해야 할 행의 각 화소 PIX의 스위치 소자 T를 도통 상태로 한다. 판독 회로(103)를 제어하는 제어 신호는, 예를 들어, 리셋 신호 RC, 샘플 홀드 신호 SH, 클록 신호 CLK를 포함할 수 있다. 리셋 신호 RC는 적분 증폭기(203)의 리셋 스위치를 제어한다. 샘플 홀드 신호 SH는 샘플 홀드 회로(205)를 제어한다. 클록 신호 CLK는 멀티플렉서(208)를 제어한다.
도 2을 참조하면서 화소 PIX를 구동했을 때에 흐르는 전류를 설명한다. 도 2에서는, 간단히 하기 위해, 복수의 화소 PIX를 대표해서 1개의 화소 PIX가 나타나있다. 스위치 소자 T의 제1 주 단자 t1은 컨버터(201)(광전 컨버터 S)의 제1 전극 s1에 접속되고, 스위치 소자 T의 제2 주 단자 t2는 신호선 Sig에 접속되어 있다. 스위치 소자 T는, 제어 단자 t3에 구동 신호선 G를 통해 액티브 레벨의 구동 신호가 공급됨으로써 도통 상태가 된다. 스위치 소자 T가 도통 상태가 되면, 컨버터(201)(광전 컨버터 S)에서 발생하여 커패시터 Cs에 축적되어 있는 전하에 따른 신호가 신호선 Sig에 출력된다. 스위치 소자 T는 제어 단자 t3와 제1 주 단자 t1 사이에 커패시터 Cgs를 갖고, 제어 단자 t3와 제2 주 단자 t2 사이에 커패시터 Cgd를 갖고, 제1 주 단자 t1과 제2 주 단자 t2 사이에 커패시터 Cds를 갖는다.
신호선 SiG는, 판독 회로(103)의 증폭 회로(207)에 의해 기준 전위 Vref1을 유지하도록 구동된다. 스위치 소자 T를 도통 상태로 할 때는, 구동 신호선 G는 구동 회로(102)의 스위치 SW 및 도통 전압선 Von을 통해 도통 전원 VVon으로 구동된다. 스위치 소자 T를 비도통 상태로 할 때는, 구동 신호선 G는 구동 회로(102)의 스위치 SW 및 비도통 전압선 Voff를 통해 비도통 전원 VVoff로 구동된다.
이하, 화소 PIX에 방사선이 조사되었을 때에 흐르는 전류에 대하여 설명한다. 우선, 스위치 소자 T가 비도통 상태일 때에, 방사선으로부터 변환된 광이 컨버터(201)에 대하여 조사되었을 경우에 대하여 설명한다. 광의 조사에 의해 발생한 전자-정공 쌍, 컨버터(201)의 커패시터 Cs 및 스위치 소자 T의 각 커패시터에 따라, 구동 신호선 G에는 비도통 전원 VVoff로부터 화소 PIX를 향하여 구동 신호선 전류 I_Vg으로서 비도통 전원 전류 I_Voff가 흐른다. 신호선 Sig에는 기준 전위 Vref1측으로부터 화소 PIX를 향하여 신호선 전류 I_Vref1이 흐른다. 바이어스 선 Vs에는 화소 PIX를 향하여 흐르는 구동 신호선 전류 I_Vg와 신호선 전류 I_Vref1의 합과 동등한 바이어스 선 전류 I_Vs가 화소 PIX로부터 바이어스 전위 Vs의 공급측(후술하는 검지 회로(120))을 향하여 흐른다.
이어서, 스위치 소자 T가 도통 상태일 때에, 방사선으로부터 변환된 광이 컨버터(201)에 대하여 조사되었을 경우에 대하여 설명한다. 바이어스 선 Vs에는 화소 PIX로부터 바이어스 전위 Vs의 공급측(후술하는 검지 회로(120))을 향하는 바이어스 선 전류 I_Vs가 흐른다. 신호선 Sig에는 신호선 전류 I_Vref1이 적분 증폭기(203)로부터 화소 PIX를 향하여 흐른다. 이와 같이, 광전 컨버터 S에 광이 조사한 경우, 바이어스 선 Vs에는 컨버터에 조사된 광에 따른 바이어스 선 전류I_Vs가 흐른다.
이하, 도 3을 참조하면서 검지 회로(120)에 대하여 설명한다. 검지 회로(120)는 바이어스 선 Vs를 흐르는 전류를 검지하고, 상기 전류를 나타내는 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 제공한다. 검지 회로(120)는 예를 들어 전류-전압 변환 증폭기(310), 전압 증폭기(320), 필터 회로(330) 및 A/D 컨버터(340)를 포함할 수 있다. 전류-전압 변환 증폭기(310)는 바이어스 선 Vs를 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 들어 계장(instrumentation) 증폭기로 구성될 수 있다. 필터 회로(330)는 전압 증폭기(320)로부터 출력된 신호의 대역을 제한하는 필터이며, 예를 들어, 저역 통과 필터일 수 있다. A/D 변환기(340)는 필터 회로(330)로부터 출력된 신호(아날로그 신호)로부터 변환된 디지털 신호인 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 공급한다.
검지 회로(120) 또는 전류 전압 변환 증폭기(310)는 바이어스 선을 흐르는 전류를 검지하는 것 이외에, 기준 바이어스 전위 발생 회로(126)에 의해 공급되는 기준 바이어스 전위 Vs_ref에 따른 전위를 바이어스 선 Vs에 공급한다. 전류 전압 변환 증폭기(310)는 트랜스임피던스(transimpedance) 증폭기일 수 있다. 전류-전압 변환 증폭기(310)는 예를 들어 연산 증폭기(311) 및 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 공급된다. 피드백 경로는, 예를 들어, 연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자와 출력 단자를 저항 Rf1에 의해 단락시키는 제1 경로, 상기 반전 입력 단자와 상기 출력 단자를 저항 Rf2에 의해 단락시키는 제2 경로 및 상기 반전 입력 단자와 상기 출력 단자를 도전선 CL에 의해 단락시키는 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 들어, 전류-전압 변환 증폭기(310)가 발진하는 것을 효과적으로 방지한다. 저항 Rf2를 포함하는 경로에는 스위치 SWC가 직렬로 배치될 수 있다. 도전선 CL로 구성된 경로에는 스위치 SWB가 직렬로 배치될 수 있다.
제어 유닛(106)은 제어 신호 VSX를 검지 회로(120)에 공급하고, 제1 경로, 제2 경로 및 제3 경로를 포함하는 복수의 경로 중에서 유효로 해야 할 경로를 선택함으로써 피드백 임피던스를 제어한다. 스위치 SWB를 폐쇄하면, 도전선 CL로 구성된 제3 경로가 유효로 되고, 저항 Rf1을 포함하는 제1 경로 및 저항 Rf2를 포함하는 제2 경로가 무효로 된다. 스위치 SWB를 개방하고, 스위치 SWC를 폐쇄하면, 제3 경로가 무효로 되고, 제1 경로와 제2 경로가 유효해진다.
연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자와 접지 사이에는, 스위치 SWA 및 저항 R이 직렬로 배치될 수 있다. 연산 증폭기(311)의 반전 입력 단자와 접지 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 공급되는 기준 바이어스 전위 Vs_ref에 따른 전위를 반전 입력 단자(제2 입력 단자)에 발생시키도록 기능한다. 보다 구체적으로는, 전류 전압 변환 증폭기(310)는 차동 증폭 회로(311)의 비반전 입력 단자에 공급되는 기준 바이어스 전위 Vs_ref와 거의 동일한 전위를 반전 입력 단자에 발생시키도록 기능한다. 이 경우, 제어 유닛(106)은 전류-전압 변환 증폭기(310)의 피드백 경로(312)의 임피던스(이하, 피드백 임피던스)를 제어한다.
피드백 임피던스가 크다는 것은, 전류-전압 변환 증폭기(310)의 게인이 크다는 것을 의미한다. 한편, 피드백 임피던스가 크면, 이에 의해 바이어스 전류 I_Vs의 크기가 제한되어, 바이어스 선 Vs의 전위가 불안정해질 수 있다. 따라서, 방사선 촬상 장치(100)의 동작, 예를 들어, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작 또는 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작의 동작에 따라서 피드백 임피던스가 제어되는 것이 요망된다. 이하, 이것을 보다 구체적으로 설명한다.
이 실시형태에서는, 제어 유닛(106)은 검지 회로(120)로부터의 출력, 즉 바이어스 전류 신호 VSD에 기초하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 검지하고, 그에 따라 복수의 화소 PIX에 의한 전하의 축적 동작을 제어한다. 즉, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 빠르게 검지하기 위해서는, 검지 회로(120)는 바이어스 선 Vs를 흐르는 전류를 높은 감도로 검지할 필요가 있다. 따라서, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작에 있어서는, 피드백 임피던스가 큰 것이 바람직하다.
한편, 컨버터(201)의 커패시터 Cs에 축적된 전하를 스위치 소자 T를 통해 신호선 Sig에 전송할 때, 피드백 임피던스가 크면, 바이어스 선 Vs로부터의 컨버터(201)의 제2 전극 s2측으로의 전류 공급이 느려진다. 특히, 화소 어레이(101)에 대하여 부분적으로 강한 방사선이 입사하고 있을 경우에는, 바이어스 선 Vs로부터의 컨버터(201)의 제2 전극 s2측으로의 전류 공급의 지연에 의해 촬영된 화상에 노이즈가 발생하기 쉽다. 따라서, 컨버터(201)의 커패시터 Cs에 축적된 전하를 스위치 소자 T를 통해 신호선 Sig에 전송할 때는, 피드백 임피던스를 작게 하는 것이 바람직하다.
제어 유닛(106)은 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작 시에 있어서의 피드백 임피던스가 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작 시에 있어서의 피드백 임피던스보다도 커지도록 피드백 임피던스를 제어한다. 이하에, 저항 Rf1보다도 저항 Rf2가 작은 경우의 예를 나타낸다. 이 경우, 저항 Rf2를 포함하는 제2 경로가 선택되면, 게인이 높아진다.
제어 유닛(106)은, 예를 들어 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작에서는 스위치 SWB을 개방하고, 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에서는 스위치 SWB를 폐쇄한다. 이 경우에 있어서, 스위치 SWC의 상태는 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작 및 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작 양쪽에서 개방 또는 폐쇄될 수 있다.
또는, 제어 유닛(106)은 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작에서는 스위치 SWB를 개방하고 스위치 SWC를 폐쇄하고, 화소 PIX에서의 신호의 판독 동작에서는 스위치 SWB을 폐쇄한다(스위치 SWB를 폐쇄하므로, 스위치 SWC는 개방 또는 폐쇄일 수 있다).
스위치 SWA 및 저항 R이 필수적인 것은 아니다. 그러나, 스위치 SWA 및 저항 R이 설치되는 경우, 스위치 SWA는 검지 회로(120)의 비동작 기간에는 폐쇄되고, 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작에서는 개방될 수 있다. 보다 바람직하게는, 검지 회로(120)의 비동작 기간은 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작, 후술하는 축적 동작 및 화상 출력 동작을 제외한 기간이다. 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에서는, 스위치 SWA는 폐쇄될 수 있거나 또는 개방될 수 있다. 이 경우, 저항 R은 저항 Rf1 및 저항 Rf2보다도 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 저항 R은 10kΩ, 저항 Rf1은 1kΩ, 저항 Rf2는 1050Ω으로 설정될 수 있다.
전압 증폭기(320)는 게인이 가변인 증폭기로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 스위치 SWD의 폐쇄 또는 개방에 의해 전압 증폭기(320)의 게인을 변경할 수 있다.
이어서, 도 4a를 참조하면서 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 방사선 촬상 장치(100)의 동작을 설명한다. 방사선 촬상 장치(100)의 동작, 보다 구체적으로는, 화소 어레이(101), 구동 회로(102), 판독 회로(103) 및 검지 회로(120)의 동작은 제어 유닛(106)에 의해 제어된다. 방사선 촬상 장치(100)의 동작은 초기화 동작, 축적 동작 및 화상 출력 동작을 포함한다.
초기화 동작은 화소 어레이(101)의 복수의 화소 PIX를 행 단위로 초기화하는 동작이다. 축적 동작은 화소 어레이(101)의 각 화소 PIX에 있어서 방사선의 조사에 의해 발생하는 전하를 축적하는 동작이다. 화상 출력 동작은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사에 의해 화소 어레이(101)의 각 화소 PIX에 축적된 전하에 따른 신호를 화소 어레이(101)로부터 판독하여 화상(화상 신호)을 출력하는 동작이다.
초기화 동작으로부터 축적 동작으로의 이행은, 검지 회로(120)로부터의 출력에 기초하여 제어 유닛(106)이 방사선 촬상 장치(100)에의 방사선의 조사의 개시를 검지(도 4a에 있어서 "조사 개시 검지") 함으로써 발생한다. 축적 동작으로부터 화상 출력 동작으로의 이행은, 검지 회로(120)로부터의 출력에 기초하여 제어 유닛(106)이 방사선 촬상 장치(100)에의 방사선의 조사의 종료를 검지(도 4a에 있어서 "조사 종료 검지") 함으로써 발생한다.
이하, 방사선 촬상 장치(100)의 보다 구체적인 동작예를 설명한다. 초기화 동작에서는, 제어 유닛(106)은 제1 행으로부터 최종 행까지의 구동 신호선 G를 순서대로 액티브 레벨로 함과 함께 리셋 신호 RC를 액티브 레벨로 하는 동작을 반복한다. 리셋 신호 RC가 액티브 레벨로 되면, 적분 증폭기(203)는 전압 팔로워 상태로 되고, 기준 전위 Vref1이 신호선 Sig에 공급된다. 이 상태에서, 구동 신호선 G가 액티브 레벨로 된 행의 스위치 T가 도통 상태로 되고, 컨버터(201)의 커패시터 Cs에 축적되어 있는 전하는 초기화된다.
초기화 동작 및 축적 동작의 기간에 있어서, 제어 유닛(106)은 검지 회로(120)를 이용하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작을 행한다. 구체적으로는, 초기화 동작 및 축적 동작의 기간에 있어서, 검지 회로(120)는 바이어스 선 Vs를 흐르는 전류I_Vs를 검지하고, 상기 전류를 나타내는 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 공급한다. 제어 유닛(106)은 바이어스 전류 신호 VSD에 기초하여, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 검지한다. 제어 유닛(106)은, 예를 들어 바이어스 전류 신호 VSD의 순간값, 적분값 및 미분값 중 적어도 하나에 기초하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 검지할 수 있다. 제어 유닛(106)은 전술한 바와 같이, 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작시는, 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작 시보다 피드백 임피던스를 크게 설정한다. 이 예에서는, 스위치 SWB가 개방되어, 제3 경로가 무효로 된다.
제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 검지하면, 제어 신호를 구동 회로(102)에 공급하여 초기화 동작을 정지시킨다. 이에 따라, 화소 어레이(101)의 화소는 축적 동작을 개시한다.
제어 유닛(106)은 축적 동작 중이라도 바이어스 전류 신호 VSD를 감시하고 바이어스 전류 신호 VSD에 기초하여, 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검지한다. 제어 유닛(106)은, 예를 들어 바이어스 전류 신호 VSD의 순간값, 적분값 및 미분값 중 적어도 하나에 기초하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검지할 수 있다.
제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검지하면, 구동 회로(102)에 제어 신호를 공급하여 화소 어레이(101)의 복수의 행의 구동 신호선 G를 순차적으로 액티브 레벨로 구동시킨다. 구동 신호선 G가 액티브 레벨로 구동된 행(즉, 선택된 행)의 화소 PIX의 신호는 신호선 Sig에 출력되어 판독 회로(103)에 의해 판독된다. 화소 어레이(101)의 선택된 행의 신호가 신호선 Sig에 출력되기 직전에, 리셋 신호 RC가 액티브 레벨로 되어, 적분 증폭기(203)(의 적분 커패시터)가 리셋된다.
또한, 제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검지하면, 제어 신호 VSX를 액티브 레벨로 한다. 검지 회로(120)는 제어 신호 VSX가 액티브 레벨로 변화한 것에 따라, 피드백 임피던스를 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에 있어서의 피드백 임피던스로 설정한다. 즉, 제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검지하면, 검지 회로(120)의 피드백 임피던스를 작게 한다. 제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료의 검지 후에 판독 회로(103)(의 증폭 회로(207))가 최초에 리셋되는 기간 동안 피드백 임피던스를 작게 하도록 구성될 수 있다. 이 예에서는, 스위치 SWB가 폐쇄되어 제3 경로가 유효로 된다.
화상 출력 동작이 종료하면, 제어 유닛(106)은 방사선 촬상 장치(100)를 화상 출력 동작으로부터 초기화 동작으로 이행시킨다. 이것에 따라, 피드백 임피던스는 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작에 있어서의 피드백 임피던스로 설정된다. 즉, 제어 유닛(106)은 화상 출력 동작(판독 동작)의 종료에 따라 검지 회로(120)의 피드백 임피던스를 크게 한다.
이하, 도 4b를 참조하면서 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 방사선 촬상 장치(100)의 동작을 설명한다. 이하에서 특별히 언급하지 않는 사항에 대해서는, 제1 실시형태의 동작에 준할 수 있다.
제2 실시형태에서는, 제어 유닛(106)은 검지 회로(120)로부터의 출력에 기초하는 방사선의 조사의 종료의 검지를 행하지 않고, 그 대신에, 방사선의 조사의 개시부터 소정 기간 경과 후에 축적 동작을 종료시킨다.
제2 실시형태에 있어서의 초기화 동작은, 제1 실시형태와 마찬가지이다. 초기화 동작의 기간에 있어서, 제어 유닛(106)은 검지 회로(120)를 사용하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작을 행한다. 구체적으로는, 초기화 동작 및 축적 동작의 기간에 있어서, 검지 회로(120)는 바이어스 선 Vs를 흐르는 전류I_Vs를 검지하고, 상기 전류를 나타내는 바이어스 전류 신호 VSD를 제어 유닛(106)에 공급한다. 제어 유닛(106)은 바이어스 전류 신호 VSD에 기초하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 검지한다. 제어 유닛(106)은, 예를 들어 바이어스 전류 신호 VSD의 순간값, 적분값 및 미분값 중 적어도 하나에 기초하여 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 개시를 검지할 수 있다. 제어 유닛(106)은 전술한 바와 같이, 방사선의 조사를 검지하는 검지 동작시에는, 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작 시보다 피드백 임피던스를 크게 설정한다. 이 예에서는, 스위치 SWB가 개방되어 제3 경로는 무효로 된다.
제어 유닛(106)은 방사선 촬상 장치(100)에의 방사선의 조사의 개시를 검지하면, 제어 신호를 구동 회로(102)에 공급하여 초기화 동작을 정지시킨다. 이에 의해, 화소 어레이(101)의 화소는 축적 동작을 개시한다. 또한, 제어 유닛(106)은 방사선 촬상 장치(100)에의 방사선의 조사의 개시를 검지하면, 제어 신호 VSX를 액티브 레벨로 한다. 검지 회로(120)는 제어 신호 VSX가 액티브 레벨로 변화한 것에 따라, 피드백 임피던스를 화소 PIX로부터의 신호의 판독 동작에 있어서의 피드백 임피던스로 설정한다. 즉, 제어 유닛(106)은 방사선 촬상 장치(100)에의 방사선의 조사의 개시를 검지하면, 검지 회로(120)의 피드백 임피던스를 작게 한다. 이 예에서는, 스위치 SWB가 폐쇄되어 제3 경로가 유효로 된다.
따라서, 제2 실시형태에서는, 제어 유닛(106)은 화소 어레이(101)에의 방사선의 조사의 종료를 검지 회로(120)의 출력에 기초하여 검지할 수 없다. 제어 유닛(106)은 축적 동작의 개시부터 소정의 기간 경과 후에, 방사선의 조사가 종료한 것으로 간주하고, 축적 동작으로부터 화상 출력 동작으로 동작을 이행한다. 제2 실시형태에 있어서의 화상 출력 동작은, 제1 실시형태에 있어서의 화상 출력 동작을 마찬가지이다.
도 5는 본 발명에 따른 방사선 촬상 장치를 X선 진단 시스템(방사선 촬상 시스템)에 적용한 예를 도시하는 도면이다. 방사선 촬상 시스템은 방사선 촬상 장치(6040)(상술된 방사선 촬상 장치(100)에 대응) 및 방사선 촬상 장치(6040)로부터 출력되는 신호를 처리하는 이미지 프로세서(6070)를 구비한다. X선 튜브(방사선 원)(6050)에 의해 발생한 X선(6060)은 환자 또는 피험자(6061)의 흉부(6062)를 투과하여 방사선 촬상 장치(6040)에 입사한다. 이 입사한 X선에는 피험자(6061)의 체내부의 정보가 포함되어 있다. 이미지 프로세서(프로세서)(6070)는 방사선 촬상 장치(6040)로부터 출력되는 신호(화상)를 처리하고, 예를 들어, 처리에 의해 얻어진 신호에 기초하여 컨트롤 룸(control room)의 디스플레이(6080)에 화상을 표시시킬 수 있다.
또한, 이미지 프로세서(6070)는 처리에 의해 얻어진 신호를 전송로(6090)를 통해 원격지에 전송할 수 있다. 이에 의해, 다른 장소의 닥터 룸에 배치된 디스플레이(6081)에 화상을 표시시키거나, 광 디스크 등의 기록 매체에 화상을 기록할 수 있다. 기록 매체는 필름(6110)일 수 있다. 이 경우에는, 필름 프로세서(6100)가 필름(6110)에 화상을 기록한다.
록 지금까지는 본 발명을 예시적인 실시형태들을 참조하여 기술하였지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예들에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 첨부된 특허청구범위의 범주는 그러한 수정과 등가의 구조 및 기능들을 모두 포괄하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 복수의 화소가 배열된 화소 어레이로서, 상기 복수의 화소 각각은 방사선에 대응하는 전하를 축적하도록 구성된 컨버터를 포함하는, 화소 어레이와,
    상기 복수의 화소의 컨버터에 바이어스 전위를 인가하도록 구성된 바이어스 선과,
    상기 바이어스 선에 흐르는 전류를 검지하도록 구성된 검지 회로와,
    상기 검지 회로로부터의 출력에 기초하여 상기 화소 어레이에의 방사선 조사의 개시를 검지하도록 구성되고, 상기 방사선 조사의 개시의 검지에 따라 상기 복수의 화소의 전하 축적 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하며,
    상기 검지 회로는 차동 증폭 회로 및 피드백 경로를 포함하고, 기준 바이어스 전위에 대응하는 전위를 상기 바이어스 선에 인가하도록 구성되며,
    상기 차동 증폭 회로는 상기 기준 바이어스 전위가 인가되는 제1 입력 단자와, 상기 바이어스 선이 접속된 제2 입력 단자와, 출력 단자를 포함하고, 상기 피드백 경로는 상기 출력 단자와 상기 제2 입력 단자를 접속하고,
    방사선 조사를 검지하는 검지 동작 시의 상기 피드백 경로의 임피던스는 상기 화소 어레이로부터의 신호의 판독 동작 시의 상기 피드백 경로의 임피던스보다 큰, 방사선 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 검지 회로로부터의 출력에 기초하여 상기 피드백 경로의 임피던스를 제어하는, 방사선 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 검지 회로로부터의 출력에 기초하여 상기 화소 어레이에의 방사선 조사의 종료를 검지하고, 상기 방사선 조사의 종료의 검지에 따라 상기 피드백 경로의 임피던스를 작게 하는, 방사선 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 화소 중에서 선택된 화소의 신호를 판독하도록 구성된 판독 회로를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 화소 어레이에의 방사선 조사의 종료의 검지 후에 상기 판독 회로가 최초로 리셋되는 기간 동안 상기 피드백 경로의 임피던스를 작게 하는, 방사선 촬상 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 화소 어레이에의 방사선 조사의 개시의 검지에 따라서 상기 피드백 경로의 임피던스를 작게 하는, 방사선 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 판독 동작의 종료에 따라 상기 피드백 경로의 임피던스를 크게 하는, 방사선 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 경로는 상기 출력 단자와 상기 제2 입력 단자를 접속하는 복수의 경로를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 복수의 경로 중에서 유효로 해야 할 경로를 선택함으로써 상기 피드백 경로의 임피던스를 제어하는, 방사선 촬상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 경로는 저항을 포함하는 경로 및 도전선으로 형성된 경로를 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저항을 포함하는 경로는 상기 저항과 병렬로 접속된 커패시터를 더 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 차동 증폭 회로 및 상기 피드백 경로는 전류-전압 변환 증폭기를 형성하고,
    상기 검지 회로는 상기 전류-전압 변환 증폭기의 출력을 증폭하도록 구성된 전압 증폭기를 더 포함하는, 방사선 촬상 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 방사선 촬상 장치와,
    상기 방사선 촬상 장치로부터 출력되는 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 구비하는, 방사선 촬상 시스템.
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