JP6400053B2 - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム、それらの制御方法及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像システム、それらの制御方法及びそのプログラムに関するものである。より具体的には、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に好適に用いられる、放射線撮像装置及び放射線撮像システム、それらの制御方法及びそのプログラムに関する。

近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル放射線画像を取得するための放射線撮像装置として用いられている。

このような放射線撮像装置において、特許文献１や特許文献２に開示されているように、撮影の用途に応じて複数の撮像動作を切り替えて、さまざまな用途に対応させることが検討されている。

特開２０１０−２４６８３５号公報 特開２０１１−０６６５１４号公報

しかしながら、撮像動作のパラメータ（例えばフレームレートやゲイン、画素加算数など）が変更前後で相違する場合、その相違によって変更後に取得された画像にアーチファクトが発生する場合がある。これは、一般撮影から透視撮影に遷移する際だけではなく、透視撮影から異なるパラメータを持つ透視撮影へ、すなわち互いに異なる撮像動作のパラメータで制御される動画撮影間で撮像動作が遷移する場合でも、アーチファクトが発生する場合がある。このアーチファクトにより、変更後に取得された画像の画質低下を招く恐れがあるという課題がある。加えて、パラメータが異なる撮像動作の数が増加するにつれ、それぞれに個別に画像処理で対応することは容易ではなく、簡易な処理で上記課題を解決できることが望まれる。そこで本発明では、複雑な画像処理を行うことなく、放射線撮像装置の制御により、パラメータが互いに異なる撮像動作間の変更に起因するアーチファクトを低減することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、放射線又は光を電気信号に変換する変換素子を有する画素が行列状に複数配置された画素アレイと、変更可能な画素加算数で前記画素アレイを駆動する駆動回路と、駆動された前記画素アレイからの電気信号を増幅して出力する読出回路と、を含む検出器と、前記駆動回路及び前記読出回路を制御する制御部と、を有する撮像装置であって、前記制御部が、第１時間で前記画素に電気信号を蓄積する第１蓄積動作と、該第１蓄積動作によって前記画素に蓄積され第１画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を第１増幅率にして増幅して画像データとして出力する第１画像出力動作と、の組を第１フレームレートで連続して複数回繰り返す第１撮像動作から、前記第１時間と長さが異なる第２時間で前記画素に電気信号を蓄積する第２蓄積動作と、該第２蓄積動作によって前記画素に蓄積され前記第１画素加算数とは異なる第２画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を前記第１増幅率とは異なる第２増幅率にして増幅して画像データとして出力する第２画像出力動作と、の組を前記第１フレームレートとは異なる第２フレームレートで連続して複数回繰り返す第２撮像動作への変更に伴い、前記第１撮像動作と前記第２撮像動作の間の期間に前記検出器が、前記第２蓄積動作と、前記第２画素加算数で前記画素アレイが駆動されて且つ前記読出回路の増幅率を前記第２増幅率にして前記変換素子を初期化するための初期化動作と、の組を、前記第２フレームレートで複数回繰り返すように、前記駆動回路及び前記読出回路を制御することを特徴とする。

本願発明により、複雑な画像処理を行うことなく、放射線撮像装置の制御により、パラメータが互いに異なる撮像動作間の変更に起因するアーチファクトを低減することが可能になる。

放射線撮像システムを説明するための模式図 放射線撮像装置を説明するための概略等価回路図 放射線撮像システム及び装置の動作を説明するためのフローチャート 放射線撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャート 放射線撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャート 放射線撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャート 本発明の効果を説明するための図 放射線撮像装置の他の動作を説明するためのタイミングチャート

以下、本発明を好適に適用可能な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明において放射線は、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ーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

図１に示す放射線撮像システムは、撮像装置１００、制御コンピュータ１０８、放射線制御装置１０９、放射線発生装置１１０、表示装置１１３、制御卓１１４を含むものである。撮像装置１００は、画素アレイ１０１と、駆動回路１０２と、読出回路１０３と、を有する平面検出器（ＦＰＤ）１０４を含む。画素アレイ１０１は、放射線又は光を電気信号に変換する画素が行列状に複数配置されている。駆動回路１０２は、変更可能な画素加算数で画素アレイ１０１を駆動する。読出回路１０３は、駆動された画素アレイ１０１からの電気信号を増幅して画像データとして出力する。撮像装置１００は更に、ＦＰＤ（平面検出器）１０４からの画像データを処理して出力する信号処理部１０５と、各構成要素に夫々制御信号を供給して撮像装置１０１の動作を制御する制御部１０６と、各構成要素に夫々バイアスを供給する電源部１０７を含む。信号処理部１０５は、後述する制御コンピュータ１０８から制御信号を受けて制御部１０６に提供する。制御部１０６は、後述する制御コンピュータ１０８からの制御信号を受けて、駆動回路１０２を制御する。駆動回路１０２は、制御部１０６からの制御信号を受けて、走査領域や画素加算数を切り替えることが可能な構成を有している。電源部１０７は、不図示の外部電源や内蔵バッテリーから電圧を受けて画素アレイ１０１、駆動回路１０２、読出回路１０３で必要な電圧を供給するレギュレータ等の電源回路を内包している。本実施形態では、制御部１０６は複数の撮像動作を切り替え可能な機能を有している。本発明における撮像動作には、複数のパラメータがあり、あらかじめ用意された各パラメータの値の組み合わせによって決まるものである。このパラメータには、例えばフレームレート、増幅率（ゲイン）、画素加算数（ビニング）といったものがある。なお、画素加算数は、駆動回路１０２により同時に駆動される画素行の数に対応し、例えば同時に駆動される画素行が１行のみであれば加算数は１、同時に駆動される行が２行であれば加算数は２となる。

制御コンピュータ１０８は、放射線発生装置１１０と撮像装置１００との同期や、撮像装置１００の状態を決定する制御信号の送信、撮像装置１００からの画像データに対して補正や保存・表示のための画像処理を行う。また、制御コンピュータ１０８は、制御卓１１４からの情報に基づき放射線の照射条件を決定する制御信号を放射線制御装置１０９に送信する。

放射線制御装置１０９は制御コンピュータ１０８からの制御信号を受けて、放射線発生装置１１０に内包される放射線源１１１から放射線を照射する動作や照射野絞り機構１１２の動作の制御を行う。照射野絞り機構１１２は、撮像装置１００の画素アレイ１０１に放射線又は放射線に応じた光が照射される領域である所定の照射野を変更することが可能な機能を有している。制御卓１１４は、制御コンピュータ１０８の各種制御のためのパラメータとして被検体の情報や撮像条件（撮像動作及び動作モードを含む）の入力を行い制御コンピュータ１０８に伝送する。表示装置１１３は、制御コンピュータ１０８で画像処理された画像データを表示する。

次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、放射線撮像装置のＦＰＤ１０４の構成を説明する。図２（ａ）は放射線撮像装置のＦＰＤ１０４の全体構成を説明するための概略等価回路図であり、図２（ｂ）はその一部分を説明するための概略等価回路図である。なお、図１を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。また、図２では説明の簡便化のために３行×３列の画素を有するＦＰＤ１０４を含む撮像装置を示す。ここで、実際の撮像装置はより多画素であり、例えば１７インチの撮像装置では約２８００行×約２８００列の画素を有している。

図２（ａ）に示すように、画素アレイ１０１は、行列状に配置された複数の画素２０１を有する。複数の画素２０１は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３と、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３と、を有する。本実施形態では、変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に照射された光を電荷に変換する光電変換素子として、ガラス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ＰＩＮ型フォトダイオードを用いる。変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３としては、上述の光電変換素子の放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３としては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、本実施形態では薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の一方の電極はスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３の２つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極は共通のバイアス配線Ｂｓを介してバイアス電圧Ｖｓを供給するための電源１０７と電気的に接続される。行方向の複数のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ１３は、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｖｇ１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が駆動配線を介して行単位で与えられる。このように駆動回路１０２が行単位でスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３の導通状態と非導通状態を制御することにより、駆動回路１０２は行単位で画素を走査する。なお、本発明の走査領域とは、上記のように駆動回路１０２が行単位で画素を走査する領域である。列方向の複数のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ３１は、他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ１に電気的に接続されており、スイッチ素子が導通状態である間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出回路１０３に出力する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３は、複数の画素２０１から出力された電気信号を並列に読出回路１０３に伝送する。

読出回路１０３は、信号配線毎（画素アレイの列毎）に設けられた列回路２０２と、マルチプレクサ２０３と、バッファアンプ２０４と、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２０５を含む。各列回路２０２の構成については、図２（ｂ）を用いて後で詳細に説明する。マルチプレクサ２０３は、各列回路２０２から出力された並列のアナログ電気信号を直列のアナログ電気信号に変換する。バッファアンプ２０４は、マルチプレクサ２０３からの直列のアナログ電気信号をＡ／Ｄ変換器２０５に伝送する。Ａ／Ｄ変換器２０５は、バッファアンプ２０４から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、ここで、バッファアンプ２０４は、マルチプレクサ２０３によって選択されたいずれかの列回路２０２からの２つの電気信号を差分した信号を出力する差動アンプが好適に用いられる。なお、列回路２０２には、電源部１０７から基準電圧Ｖｒｅｆ及び電源電圧ＶＤＤ‐Ａｎａｌｏｇが供給される。

信号処理部１０５は、Ａ／Ｄ変換器２０５から送られるデジタル画像データＡＤＣ−ＯＵＴが入力される。信号処理部１０５は、放射線画像の生成のための各種画像処理が実行でき、また処理のための補正用データが格納されている。信号処理部１０５で処理された画像データが制御コンピュータ１０８へ出力される。

駆動回路１０２は、駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇ３を通じてスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３に駆動信号を供給する。駆動信号がオン電圧Ｖｏｎの場合に、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３はオンとなる。駆動信号がオフ電圧Ｖｏｆｆの場合に、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３はオフとなり、各画素２０１はそれぞれの変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３で発生した電荷を蓄積する。駆動回路１０２は、制御部１０６制御信号（Ｄ−ＣＬＫ、ＸＯＥ、ＤＩＯ）に応じて、駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇ３に供給する駆動信号の電圧を切り替える。

制御部１０６は、信号処理部１０５を介して装置外部の制御コンピュータ１０８等からの制御信号を受けて、駆動回路１０２、電源部１０７、読出回路１０３に各種の制御信号を与えてＦＰＤ１０４の動作を制御する。制御部１０６は、駆動回路１０２に制御信号Ｄ−ＣＬＫと制御信号ＸＯＥ、制御信号ＤＩＯを与えることによって、駆動回路１０２の動作を制御する。ここで、制御信号Ｄ−ＣＬＫは駆動回路として用いられるシフトレジスタのシフトクロックであり、制御信号ＤＩＯはシフトレジスタが転送するパルス、ＸＯＥはシフトレジスタの出力端を制御するものである。制御部１０６は、これらの制御信号によって駆動回路１０２を制御し、走査領域の切り替えを可能としている。また、制御部１０６は、読出回路１０３に制御信号ＲＳＴ、ＣＤＳ１、ＣＤＳ２、ＬＰＦ、ＣＦ１、ＣＦ２、及び、ＡＤＣＬＫを与えることによって、読出回路１０３の各構成要素の動作を制御する。ここで、制御信号ＲＣは後述する積分増幅器２１３のリセットスイッチの動作を、制御信号ＣＤＳ１及びＣＤＳ２は後述するサンプルホールド回路２１４の動作を、制御信号ＡＤＣＬＫはＡ／Ｄ変換器２０５の動作を制御するものである。なお、制御信号ＡＤＣＬＫは、マルチプレクサ２０３の動作の制御に用いられてもよい。

電源部１０７は、バイアス配線Ｂｓを介して各変換素子の他方の電極に共通にバイアス電圧Ｖｓを供給する。また、電源部１０７は、読出回路１０３に基準電圧Ｖｒｅｆ及び電源電圧ＶＤＤ‐Ａｎａｌｏｇを供給する。更に、電源部１０７は、駆動回路１０２に電源電圧ＶＤＤ−Ｄｒｖ、オン電圧Ｖｏｎ、及び、オフ電圧Ｖｏｆｆを供給する。また、電源部１０７は、制御部１０６に電源電圧ＶＤＤ‐Ｄｉｇｉｔａｌを供給する。

次に、図２（ｂ）を用いて、図２（ａ）に示された列回路２０２の構成例を説明する。図２（ｂ）は、列回路２０２の構成の例を説明するための概略等価回路図である。列回路２０２は、積分増幅器２１３と、サンプルホールド回路２１４（以下、サンプルホールド回路をＳＨ回路と表す）と、ローパスフィルタ２１５とを含む。図２（ｂ）の例では、ＳＨ回路２１４とローパスフィルタ２１５とが同じ回路素子を共有する。

積分増幅器２１３は、図２（ｂ）に示す回路素子を有する。オペアンプ２１２の反転入力端子には信号配線Ｓｉｇが接続され、オペアンプ２１２の非反転入力端子には電源部１０７から基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。オペアンプ２１２の反転入力端子と出力端子との間に、リセットスイッチＳＷ＿Ｃｆ１、ＳＷ＿Ｃｆ２をそれぞれ介して、容量素子Ｃｆ１、Ｃｆ２が並列に接続されている。リセットスイッチＳＷ＿Ｃｆ１、ＳＷ＿Ｃｆ２のオン・オフは、制御部１０６から供給される制御信号ＣＦ１、ＣＦ２によってそれぞれ制御される。制御部１０６は、リセットスイッチＳＷ＿Ｃｆ１、ＳＷ＿Ｃｆ２のオン・オフを切り替えることによって、積分増幅器２１３のゲインを切り替える。

オペアンプ２１２の反転入力端子と出力端子との間に、容量素子Ｃｆ１、Ｃｆ２と並列に、リセットスイッチＳＷ＿ＲＳＴがさらに接続されている。リセットスイッチＳＷ＿ＲＳＴのオン・オフは、制御部１０６から供給される制御信号ＲＳＴによって制御される。リセットスイッチＳＷ＿ＲＳＴがオンになると、オペアンプ２１２の反転入力端子と出力端子との間が導通状態となり、積分増幅器２１３がリセットされる。

ＳＨ回路２１４は、それぞれアナログ信号を保持する保持動作を行う第１ＳＨ回路２１４ａ及び第２ＳＨ回路２１４ｂを含む。第１ＳＨ回路２１４ａは、容量素子Ｃ_ＳＨ１と、容量素子Ｃ_ＳＨ１の一方の電極に接続されたリセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ１とによって構成される。第２ＳＨ回路２１４ｂは、容量素子Ｃ_ＳＨ２と、容量素子Ｃ_ＳＨ２の一方の電極に接続されたリセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ２とによって構成される。リセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ１、ＳＷ＿ＣＤＳ２のオン・オフは、制御部１０６から供給される制御信号ＣＤＳ１、ＣＤＳ２によってそれぞれ制御される。リセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ１がオフからオンに切り替わると、第１ＳＨ回路２１４ａはホールドモードからサンプリングモードに切り替わる。サンプリングモードの間、第１ＳＨ回路２１４ａへの入力信号が容量素子Ｃ_ＳＨ１に充電される。リセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ１がオンからオフに切り替わると、第１ＳＨ回路２１４ａはサンプリングモードからホールドモードに切り替わる。ホールドモードの間、容量素子Ｃ_ＳＨ１に保持されている信号がホールド（固定）される。第２ＳＨ回路２１４ｂについても同様である。ＳＨ回路２１４は相関２重サンプリング（ＣＤＳ）を行うためのサンプルホールド回路である。第１ＳＨ回路２１４ａで積分増幅器２１３をリセットした後のノイズ信号をサンプリングし、第２ＳＨ回路２１４ｂで画素２０１からの信号、すなわち画素信号をサンプリングする。両信号はバッファアンプ２０４として用いられる差動アンプによって差分処理されてノイズ信号成分が除去され、その後Ａ／Ｄ変換器２０５に送られる。

積分増幅器２１３とＳＨ回路２１４との間に可変抵抗素子Ｒ_ＬＰＦが接続されている。可変抵抗素子Ｒ_ＬＰＦは、制御部１０６から供給される制御信号ＬＰＦに応じて、自身の抵抗値を変更する。リセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ１がオンになると、可変抵抗素子Ｒ_ＬＰＦと容量素子Ｃ_ＳＨ１との間が導通状態となり、可変抵抗素子Ｒ＿ＬＰＦと容量素子Ｃ_ＳＨ１とによってローパスフィルタが形成される。ローパスフィルタは、積分増幅器２１３から得られる信号をフィルタリングするためのフィルタ回路である。ローパスフィルタでフィルタリングされた信号は、容量素子Ｃ_ＳＨ１に保持される。この状態でリセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ１がオフになると、容量素子Ｃ_ＳＨ１に保持された電圧信号がホールドされ、その後もマルチプレクサ２０３へ供給される。リセットスイッチＳＷ＿ＣＤＳ２がオンになった場合も同様にして容量素子Ｃ_ＳＨ２に電圧信号がホールドされ、その後もマルチプレクサ２０３へ供給される。

次に、図３及び図４を用いて、放射線撮像システム及び撮像装置１００の動作を説明する。図３は、放射線撮像システム及び撮像装置１００の動作を説明するためのフローチャートであり、図４は、撮像装置１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３の工程Ｓ３０１において、撮像装置１００は、既に設定されている動作モードで撮像動作を行っている。この際、図４に示すように、撮像装置１００は、現在の動作モードである第１モードに応じて第１撮像動作を行っている。なお、図４では、第１撮像動作として、第１蓄積動作Ｗ１及び第１画像出力動作Ｘ１の組を複数回繰り返し行う動画の撮像動作が行われている。第１モードにおいて、積分増幅器２１３のゲインは制御信号ＣＦ１により容量Ｃｆ１で規定される第１ゲイン（第１増幅率）Ｃｆ１に設定されている。また、画素加算数及びフレームレートは、制御信号Ｄ−ＣＬＫ、ＤＩＯ、ＸＯＥで規定される第１画素加算数Ｂ１（＝３）及び第１フレームレートＦ１に設定されている。なお、蓄積動作及び画像出力動作については、詳細は後述する。

次に、図３の工程Ｓ３０２において、制御コンピュータ１０８が動作モードの変更の入力があるかどうか、判定する。動作モードに変更がない場合（Ｎｏ）には、現在の動作モードを継続するために工程Ｓ３０１に戻る。操作者が制御コンピュータ１０８に対して制御卓１１４を介して動作モードの変更を指示すると、動作モードの変更を要求する変更指令が制御コンピュータ１０８から撮像装置１００の制御部１０６に送られ得る。なお、ここでは、第１モードから第２モードへの変更されたパラメータとしては、積分増幅器２１３のゲイン（Ｃｆ１からＣｆ２へ）、画素加算数（Ｂ１からＢ２へ）、フレームレート（Ｆ１からＦ２へ）である。また、他のパラメータとしては、蓄積動作の時間、及び、駆動回路１０２が画像出力動作において画素アレイ１０１を走査する時間である。操作者によって制御卓１１４を介して設定された動作モード（図４の第２モード）が現在の動作モード（図４の第１モード）から変更があった場合（Ｙｅｓ）には、動作モードを切り替えるため、変更動作（工程Ｓ３０３）を行う。変更動作とは、モードの切り替えに起因するアーチファクトやオフセット成分の変動を安定化させるために行う動作である。ここで、図４に示すように、撮像装置１００は、変更動作として、第２蓄積動作Ｗ２及び初期化動作Ｋ２の組を複数回繰り返し行う動作を行っている。変更動作において、積分増幅器２１３のゲインは制御信号ＣＦ２により容量Ｃｆ２で規定される第２ゲイン（第２増幅率）Ｃｆ２に設定されている。また、画素加算数及びフレームレートは、制御信号Ｄ−ＣＬＫ、ＤＩＯ、ＸＯＥで規定される第２画素加算数Ｂ２（＝２）及び第２フレームレートＦ２に設定されている。すなわち、変更動作の積分増幅器２１３のゲイン、画素加算数、及び、フレームレートは、変更後の第２撮像動作の積分増幅器２１３のゲイン、画素加算数、及び、フレームレートにあわせて変更されている。また、変更動作の蓄積動作の時間及び画素アレイ１０１を走査する時間は、変更後の第２撮像動作の蓄積動作の時間及び画素アレイ１０１を走査する時間にあわせて変更されている。変更動作のすべてのパラメータが、変更後の第２撮像動作のパラメータと等しいことがより好ましい。なお、初期化動作については、詳細は後述する。

次に、図３に工程Ｓ３０４では、操作者によって制御卓１１４を介して設定された動作モード、例えば透視等の動画の撮像動作を実行する。具体的には、制御部１０６は、設定された各パラメータに従って動画の撮像動作（図４の第２撮像動作）を行う。ここで、図４では、第２撮像動作として、第２蓄積動作Ｗ２及び第２画像出力動作Ｘ２の組を複数回繰り返し行う動画の撮像動作が行われている。第２モードにおいて、積分増幅器２１３のゲインは制御信号ＣＦ２により容量Ｃｆ２で規定される第２ゲインＣｆ２に設定されている。また、画素加算数及びフレームレートは、制御信号Ｄ−ＣＬＫ、ＤＩＯ、ＸＯＥで規定される第１画素加算数Ｂ１（＝２）及び第２フレームレートＦ２に設定されている。なお、動画の撮像動作では、放射線発生装置１１０から断続的に放射線が照射され、撮像装置１００は、放射線の照射に同期して複数フレーム分の撮像動作を行う。なお、動画の撮像動作は、いつでも終了することができる。また、動画の撮像動作中に動作モードを変更することもできる。動画の撮像動作を終了する場合は、放射線発生装置１１０からの放射線の断続的な照射が停止され、撮像装置１００は、撮像動作を停止する。操作者が制御コンピュータ１０８に対して制御卓１１４を介して動作モードの変更を指示すると、動作モードの変更を要求する変更指令が制御コンピュータ１０８から撮像装置１００の制御部１０６に送られ得る。制御部１０６は、工程Ｓ３０４において、受信した変更指令に応じた動作モードに変更する。また、操作者が制御コンピュータ１０８に対して制御卓１１４を介して動作モードの変更を指示すると、放射線制御装置１０９に対して、放射線発生装置１１０による放射線の発生を一時的に停止させる指令を送り、放射線の発生を一時的に停止させる。撮像装置１００において動作モードが変更され、動画の撮像動作を再開できる状態になると、制御コンピュータ１０８は、放射線制御装置１０９に対して、放射線発生装置１１０による放射線の照射を開始させる指令を送る。また、制御部１０６は、あるフレームの画像を読出回路１０３で読み出している際に動作モードを変更する指令を受けた場合、そのフレームの画像を読み出すための画像出力動作が終了した後に動作モードを変更する。

ここで、図５及び図６を用いて、撮像装置１００が行う各蓄積動作、各画像出力動作、及び、初期化動作について説明する。図５は、各蓄積動作及び書く画像出力動作を説明するためのタイミングチャートであり、図６は、蓄積動作及び初期化動作を説明するためのタイミングチャートである。ここで、符号Ｇ１〜Ｇ３は、駆動回路１０２から各駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇ３にそれぞれ供給される駆動信号であり、駆動信号は導通電圧と非導通電圧を含むものである。また、図５及び図６の画像データで示すものは、信号処理部１０５のメモリに保存された画像データを示すものである。

図５及び図６に示すように、各蓄積動作Ｗでは、変換素子にバイアス電圧が与えられた状態で、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３には非導通電圧が与えられており、全ての画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３は非道通状態とされる。これにより、画素アレイ１０１の全ての画素に電気信号が蓄積され得る。図５に示すように、全ての画素のスイッチ素子が非導通状態である期間に画素アレイ１０１に放射線が照射されれば、照射された放射線に応じて変換素子２０１が生成した電荷を蓄積する蓄積動作となる。一方、図６に示すように、全ての画素のスイッチ素子が非導通状態である期間に画素アレイ１０１に放射線が照射されなければ、変換素子２０１が放射線照射に関係なく生成した暗時電荷を蓄積する蓄積動作となる。なお、第１蓄積動作Ｗ１は、第１撮像動作における蓄積動作であることを意図しており、第２蓄積動作Ｗ２は第２撮像動作における蓄積動作であることを意図している。そして、変更動作の蓄積動作が第２蓄積動作Ｗ２であることは、第２撮像動作における第２蓄積動作Ｗ２と同じ時間で行われていることを意図している。

次に、図５に示すように、各画像出力動作Ｘでは、まず、制御部１０６からの制御信号ＲＳＴにより積分増幅器２１３の容量及び信号配線Ｓｉｇがリセットされる。次に、制御部１０６からの制御信号ＣＤＳ１により第１ＳＨ回路２１４ａで積分増幅器２１３をリセットした後のノイズ信号がサンプリングされる。次に、駆動回路１０２から駆動配線Ｖｇ１に導通電圧が与えられ、１行目のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態とされる。これにより１行目の変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３で発生された電荷に基づく電気信号が各信号配線に出力される。各信号配線を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ各列回路２０２の積分増幅器２１３で増幅される。増幅された電気信号はそれぞれ、制御信号ＣＤＳ２により第２ＳＨ回路２１４ｂが動作され、各列回路内の第２ＳＨ回路２１４ｂに並列に保持される。保持された後、制御信号ＲＳＴにより積分増幅器２１３の容量及び信号配線Ｓｉｇが再びリセットされる。リセットされた後、１行目と同様に２行目の駆動配線Ｖｇ２に導通電圧が与えられ、２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が導通状態とされる。２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が導通状態とされている期間内に、マルチプレクサ２０３が制御信号ＡＤＣＬＫに応じて、ＳＨ回路２１４に保持された電気信号を順次出力する。これにより並列に読み出された１行目の画素からの電気信号は直列の画像信号に変換して出力される。そして、Ａ／Ｄ変換器２０５が制御信号ＡＤＣＬＫに応じて、１行目の画素に応じた画像データに変換して出力し、信号処理部１０５のメモリに保存される。以上の動作を１行目から３行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分の画像データが放射線撮像装置から出力される。なお、第１画像出力動作Ｘ１は、第１撮像動作における画像出力動作であることを意図しており、第２画像出力動作Ｘ２は第２撮像動作における画像出力動作であることを意図している。なお、画像出力動作Ｘは、駆動回路１０２が画素アレイ１０１を行単位で走査して画素アレイ１０１から読出回路１０３を介して１フレーム分の画像データを出力する動作である。

そして、図６に示すように、初期化動作Ｋは、画像出力動作Ｘとの相違が、Ａ／Ｄ変換器２０５からの画像データが信号処理部１０５内のメモリに保存されないことであり、ＦＰＤ１０４が行う動作自体は変わらない。すなわち、初期化動作Ｋは、駆動回路１０２が画素アレイ１０１を行単位で走査して画素アレイ１０１の各変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３を初期化する動作である。なお、制御部１０６からの各制御信号を共通にして初期化動作Ｋを画像出力動作ＸとＦＰＤ１０４の動作を同じにしているのは、初期化動作Ｋにおいても画像出力動作Ｘと略同様の温度としておくためである。特に、動画の撮像動作にあっては、画像出力動作Ｘが複数回行われるため、積分増幅器２１３やＡ／Ｄ変換器２０５の発熱量が静止画の撮像動作に比べて大きく、全体として温度が静止画の撮像動作と比べて高くなる。そのような場合には、初期化Ｋにおいても動画の撮像動作における画像出力動作Ｘと同様の動作として略同等の温度としておくことが好ましい。ただし、制御信号ＣＤＳ１、ＣＤＳ２、及びＡＤＣＬＫをＬｏレベルに維持して初期化動作Ｋが行われてもよい。なお、初期化動作Ｋ２は第２撮像動作における画像出力動作と同じ時間で行われる初期化動作であることを意図している。

このように、変更後になされる撮像動作の画像出力動作より前の動作に含まれる動作にあわせて変更動作を行う。それにより、撮像動作の第２蓄積動作Ｗ２における画素アレイ１０１及び読出回路１０３の特性が安定し、アーチファクトの少ない良好な画像データを取得することができる。なお、図４に示す変更動作では、第２蓄積動作Ｗ２及び初期化動作Ｋ２の組を複数回繰り返し行う動作を行っているが、本発明はそれに限定されるものではなく、第２蓄積動作Ｗ２及び初期化動作Ｋ２の組が少なくとも１回行われていればよい。ただし、図７に示すように、複数回繰り返す回数が多いほど、第２撮像動作で得られる画像のアーチファクトは小さくなる。図７は、横軸に第２撮像動作を開始（変更動作が終了）してからの時間、縦軸にアーチファクトの値を示すグラフである。図７にあるように、第２蓄積動作Ｗ２及び初期化動作Ｋ２の一組が行われる回数が０に比べて１の方が画像のアーチファクトは低減されており、さらにＮ（≧２）の方がさらに画像のアーチファクトが低減されている。そのため、変更指令を受けてから第２撮像動作を開始するまでに許容され得る時間でできるだけ多くの回数の第２蓄積動作Ｗ２及び初期化動作Ｋ２の組を行うことが望ましい。

なお、本実施形態は一例であり、これに限定するものではない。本実施形態では、変更動作後のモードによらず変更動作の時間を一定としている。つまり、Ｗ２とＫ２の繰り返し数を、変更動作時の時間が一定となるように調節している。なお、変更動作の時間は一定である必要はなく、モード毎に固有の時間でも良い。また、その際の時間は変更前、あるいは変更後モードによって決められてもよい。

また、図８に示すように、図４に示すような各パラメータの変更とは逆に変更されてもよい。また、動画の撮像動作と動画の撮像動作との間の変更に限られるものではなく、静止画の撮像動作から動画の撮像動作への変更やその逆の変更であってもよい。また、被検体を撮像する際に行われる撮像動作に限らず、キャリブレーション（ゲイン補正画像更新）の際の撮像動作であってもオフセット画像を更新する際の撮像動作であってもよい。

なお、本発明は、例えば制御部１０６に含まれる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。また、本実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。

１００ 撮像装置
１０１ 画素アレイ
１０２ 駆動回路
１０３ 読出回路
１０４ 平面検出器（ＦＰＤ）
１０５ 信号処理部
１０６ 制御部
１０７ 電源部
１０８ 制御コンピュータ
２０１ 画素

Claims (11)

1. 放射線又は光を電気信号に変換する変換素子を有する画素が行列状に複数配置された画素アレイと、変更可能な画素加算数で前記画素アレイを駆動する駆動回路と、駆動された前記画素アレイからの電気信号を増幅して出力する読出回路と、を含む検出器と、
   前記駆動回路及び前記読出回路を制御する制御部と、
   を有する撮像装置であって、
   前記制御部は、第１時間で前記画素に電気信号を蓄積する第１蓄積動作と、該第１蓄積動作によって前記画素に蓄積され第１画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を第１増幅率にして増幅して画像データとして出力する第１画像出力動作と、の組を第１フレームレートで連続して複数回繰り返す第１撮像動作から、前記第１時間と長さが異なる第２時間で前記画素に電気信号を蓄積する第２蓄積動作と、該第２蓄積動作によって前記画素に蓄積され前記第１画素加算数とは異なる第２画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を前記第１増幅率とは異なる第２増幅率にして増幅して画像データとして出力する第２画像出力動作と、の組を前記第１フレームレートとは異なる第２フレームレートで連続して複数回繰り返す第２撮像動作への変更に伴い、前記第１撮像動作と前記第２撮像動作の間の期間に前記検出器が、前記第２蓄積動作と、前記第２画素加算数で前記画素アレイが駆動されて且つ前記読出回路の増幅率を前記第２増幅率にして前記変換素子を初期化するための初期化動作と、の組を、前記第２フレームレートで複数回繰り返すように、前記駆動回路及び前記読出回路を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御部は、前記第１撮像動作から前記第２撮像動作への変更を要求する変更指令に応じて、前記期間に前記検出器が前記第２蓄積動作と前記初期化動作の組を連続して複数回繰り返す変更動作を行うように、前記駆動回路及び前記読出回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記読出回路は、前記画素アレイの列毎に設けられた列回路と、前記列回路から出力された並列のアナログ電気信号を直列のアナログ電気信号に変換するマルチプレクサと、前記直列のアナログ電気信号を画像データに変換するＡ／Ｄ変換器と、を含み、
   前記制御部は、前記初期化動作と前記第２撮像動作において、前記読出回路に共通の制御信号を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記列回路は、積分増幅器を含み、
   前記前記読出回路の増幅率は前記積分増幅器の増幅率によって規定されることを特徴と
   する請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記画素は、前記電気信号を出力するためのスイッチ素子を含み、
   前記積分増幅器は、前記電気信号が入力される反転入力端子と基準電圧が供給される非反転入力端子と出力端子とを有するオペアンプと、前記反転入力端子と前記出力端子の間に接続された容量素子と、前記容量素子と並列に前記反転入力端子と前記出力端子の間に接続されたリセットスイッチと、を含み、
   前記制御部は、前記期間に前記駆動回路及び前記リセットスイッチを制御することにより前記検出器に前記初期化動作を行わせることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記画像データを処理する信号処理部を更に含み、
   前記信号処理部は前記画像データを保存するメモリを含み、
   前記初期化動作では、前記検出器からの画像データが前記メモリに保存されないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記変換素子は、光を電荷に変換する光電変換素子と、放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換する波長変換体と、を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記光電変換素子は、ＰＩＮ型フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置に前記放射線を照射するための放射線発生装置と、
   前記撮像装置及び前記放射線発生装置を制御する制御装置と、
   を含む放射線撮像システム。
10. 放射線又は光を電気信号に変換する変換素子を有する画素が行列状に複数配置された画素アレイと、変更可能な画素加算数で前記画素アレイを駆動する駆動回路と、駆動された前記画素アレイからの電気信号を増幅して出力する読出回路と、を含む検出器と、を有する撮像装置の制御方法であって、
    第１時間で前記画素に電気信号を蓄積する第１蓄積動作と、該第１蓄積動作によって前記画素に蓄積され第１画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を第１増幅率にして増幅して画像データとして出力する第１画像出力動作と、の組を第１フレームレートで連続して複数回繰り返す第１撮像動作を行う工程と、
    前記第１時間と異なる第２時間で前記画素に電気信号を蓄積する第２蓄積動作と、該第２蓄積動作によって前記画素に蓄積され第２画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を前記第１増幅率と異なる第２増幅率にして増幅して画像データとして出力する第２画像出力動作と、の組を前記第１フレームレートと異なる第２フレームレートで連続して複数回繰り返す第２撮像動作を行う工程と、
    前記第１撮像動作から前記第２撮像動作への変更に伴い、前記第１撮像動作と前記第２撮像動作の間の期間に前記検出器が、前記第２蓄積動作と、前記第２画素加算数で前記画素アレイが駆動されて且つ前記読出回路の増幅率を前記第２増幅率にして前記変換素子を初期化するための初期化動作と、の組を前記第２フレームレートで複数回繰り返す工程と、
    を含むことを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. 放射線又は光を電気信号に変換する変換素子を有する画素が行列状に複数配置された画素アレイと、変更可能な画素加算数で前記画素アレイを駆動する駆動回路と、駆動された前記画素アレイからの電気信号を増幅して出力する読出回路と、を含む検出器と、を有する撮像装置の制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    第１時間で前記画素に電気信号を蓄積する第１蓄積動作と、該第１蓄積動作によって前記画素に蓄積され第１画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を第１増幅率にして増幅して画像データとして出力する第１画像出力動作と、の組を第１フレームレートで連続して複数回繰り返す第１撮像動作を行う工程と、
    前記第１時間と異なる第２時間で前記画素に電気信号を蓄積する第２蓄積動作と、該第２蓄積動作によって前記画素に蓄積され第２画素加算数で駆動された前記画素アレイからの電気信号を前記読出回路の増幅率を前記第１増幅率と異なる第２増幅率にして増幅して画像データとして出力する第２画像出力動作と、の組を前記第１フレームレートと異なる第２フレームレートで連続して複数回繰り返す第２撮像動作を行う工程と、
    前記第１撮像動作から前記第２撮像動作への変更に伴い、前記第１撮像動作と前記第２撮像動作の間の期間に前記検出器が、前記第２蓄積動作と、前記第２画素加算数で前記画素アレイが駆動されて且つ前記読出回路の増幅率を前記第２増幅率にして前記変換素子を初期化するための初期化動作と、の組を前記第２フレームレートで複数回繰り返す工程と、
    を含む制御をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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