JP6808458B2 - 放射線撮像装置および放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。

Ｘ線等の放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる放射撮影装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素が配列されたアレイを有する放射線撮像装置が実用化されている。スイッチは、変換素子と列信号線との間に配置されていて、スイッチを導通状態にすることによって、変換素子から列信号線を介して信号が読み出される。 近年、こうした放射線撮像装置の多機能化が検討されている。その一つとして、自動露出制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＥＣ）機能の内蔵が検討されている。これは、放射線源が放射線を照射している間、放射線撮像装置が照射情報を把握する手段として利用されている。たとえば、放射線源から放射線が照射される入射開始のタイミングの把握や、放射線の照射が停止される停止タイミングの把握、放射線の照射量や積算照射量の把握に利用することが可能である。また、この機能により積算照射量を監視し、積算照射量が適正量に達した時点で放射線撮像装置が放射線源を制御し照射を終了させることも可能となる。

放射線撮像装置のアレイにおいて、変換素子から信号を読み出すための列信号線とそれが配置された列の複数の変換素子の電極との間には、寄生容量が形成される。この寄生容量によって列信号線と変換素子の電極とが容量結合し、クロストークが発生しうる。自動露出制御時は、放射線照射中に照射量を把握する為、放射線照射中に信号を複数回取得する必要がある。放射線照射中に信号を取得する場合、ある行の画素の変換素子から列信号線を介して信号が読み出されているときに、他の行の画素の変換素子の電極の電位が光電変換によって変化する為、クロストークによって列信号線の電位が変化しうる。これが、読み出された信号の正確性を低下させる要因となりうる。

特許文献１には、クロストークの影響を低減する為、クロストークを補正する放射線検出装置が記載されている。具体的には、スイッチ素子を導通させないで、変換素子の信号を取り出さずに信号を読み出す第１の動作と、スイッチ素子を導通させて、変換素子の信号を取り出した状態で、変換素子の信号を読み出す第２の動作と、を繰り返し、それらの差分を取る。すなわち、特許文献１には、クロストークを補正する場合、第１の動作と第２の動作の一組で２回のサンプリングに繰り返すことよって、放射線の信号量を取得している。

特開２０１５−２１３２２１号公報

しかしながら、特許文献１では、信号を得るために、変換素子の信号のサンプリング間隔の２倍程度の時間がかかるため、時間分解能で改善の余地がある。ＡＥＣのための放射線照射量の検知は、放射線照射中という短時間で、複数回信号を取得する必要がある為、時間分解能が低下すると、放射線照射量の増加の変動が大きくなり、微量な増加把握が困難となる。そのため、最適な照射時間で放射線を停止することが困難となる可能性がある。

本発明は、放射線照射中に照射量を把握するために信号を取得する放射線撮像装置において、時間分解能を低減することなくクロストークによる影響を低減するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の放射線撮像装置は、放射線を電気信号に変換する変換素子を含み、前記電気信号に基づく放射線画像の取得のための第１画素と、放射線を電気信号に変換する変換素子、および、前記変換素子を信号線に接続するスイッチ素子を含み、当該電気信号に基づく前記放射線撮像装置に対する放射線の照射を示す情報の取得のための第２画素と、前記第１画素の前記変換素子との間に寄生容量が形成された前記信号線の電位をリセットするリセット部を含み、前記放射線撮像装置に前記放射線が照射されている期間に、前記リセット部によって前記信号線の電位がリセットされる動作と、その後に、前記スイッチ素子を導通しない状態で前記信号線に現れる第１信号が読み出される動作と、の一組である第１動作と、前記リセット部によって前記信号線の電位がリセットされる動作と、その後に、前記スイッチ素子が導通することによって前記信号線に現れる第２信号が読み出される動作と、の一組である第２動作と、を行い、且つ、前記第２動作を連続して複数回行う前に前記第１動作を行う読出部と、前記情報を出力するために前記第１信号と前記第２信号とを差分処理する信号処理を行う信号処理部と、を備える。

本発明によれば、放射線照射中に照射量を把握するために信号を取得する放射線撮像装置において、時間分解能を低減することなくクロストークによる影響を低減するために有利な技術が提供できる。

本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 放射線撮像装置を含む放射線撮像システムの構成例を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の動作を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置における撮像画素および検知画素の構成を示す平面図。 図４のＡ−Ａ’線に沿った断面図（ａ）および図４のＢ−Ｂ’線に沿った断面図（ｂ）。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の構成を示す図。 クロストークの発生原因を説明する為の図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の動作を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の動作の変形例を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の動作の変形例を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の変形例の構成を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像装置の変形例の構成を示す図。 本発明の第２実施形態の放射線撮像装置の動作を示す図。 放射線検知システムの構成例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の第１実施形態の放射線撮像装置２００の構成が示されている。放射線撮像装置２００は、複数の行および複数の列を構成するように撮像領域ＩＲに配列された複数の画素を有する。該複数の画素は、放射線画像の取得のための複数の撮像画素１０１と、放射線の照射をモニターするための検知画素１２１とを含む。撮像画素１０１は、放射線を電気信号に変換する第１変換素子１０２と、列信号線１０６と第１変換素子１０２との間に配置された第１スイッチ１０３とを含む。検知画素１２１は、放射線を電気信号に変換する第２変換素子１２２と、検知信号線１２５と第２変換素子１２２との間に配置された第２スイッチ１２３とを含む。検知画素１０１は、複数の撮像画素１０１の一部と同一の列に配置されうる。

第１変換素子１０２および第２変換素子１２２は、放射線を光に変換するシンチレータおよび光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一般的には、撮像領域ＩＲを覆うようにシート状に形成され、複数の画素によって共有されうる。あるいは、第１変換素子１０２および第２変換素子１２２は、放射線を直接に光に変換する変換素子で構成されうる。

第１スイッチ１０３および第２スイッチ１２３は、例えば、非晶質シリコンまたは多結晶シリコン（好ましくは多結晶シリコン）などの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含みうる。

放射線撮像装置２００は、複数の列信号線１０６および複数の駆動線１０４を有する。各列信号線１０６は、撮像領域ＩＲにおける複数の列のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、撮像領域ＩＲにおける複数の行のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、行選択部２２１によって駆動される。

第１変換素子１０２の第１電極は、第１スイッチ１０３の第１主電極に接続され、第１変換素子１０２の第２電極は、バイアス線１０８に接続される。ここで、１つのバイアス線１０８は、列方向に延びていて、列方向に配列された複数の変換素子１０２の第２電極に共通に接続される。バイアス線１０８は、電源回路２２６からバイアス電圧Ｖｓを受ける。１つの列を構成する複数の撮像画素１０１の第１スイッチ１０３の第２主電極は、１つの列信号線１０６に接続される。１つの行を構成する複数の撮像画素１０１の第１スイッチ１０３の制御電極は、１つの駆動線１０４に接続される。

複数の列信号線１０６は、読出部１３０に接続される。ここで、読出部１３０は、複数の検知部１３２と、マルチプレクサ１３４と、アナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）１３６とを含みうる。複数の列信号線１０６のそれぞれは、読出部１３０の複数の検知部１３２のうち対応する検知部１３２に接続される。ここで、１つの列信号線１０６は、１つの検知部１３２に対応する。検知部１３２は、例えば、差動増幅器を含む。マルチプレクサ１３４は、複数の検知部１３２を所定の順番で選択し、選択した検知部１３２からの信号をＡＤ変換器１３６に供給する。ＡＤ変換器１３６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。

第２変換素子１２２の第１電極は、第２スイッチ１２３の第１主電極に接続され、第２変換素子１２２の第２電極は、バイアス線１０８に接続される。第２スイッチ１２３の第２主電極は、検知信号線１２５に接続される。第２スイッチ１２３の制御電極は、駆動線１２４に電気的に接続される。放射線撮像装置２００は、複数の検知信号線１２５を有しうる。１つの検知信号線１２５には、１または複数の検知画素１２１が接続されうる。駆動線１２４は、駆動部２４１によって駆動される。１つの駆動線１２４には、１または複数の検知画素１２１が接続されうる。

検知信号線１２５は、読出部１４０に接続される。ここで、読出部１４０は、複数の検知部１４２と、マルチプレクサ１４４と、ＡＤ変換器１４６とを含みうる。複数の検知信号線１２５のそれぞれは、読出部１４０の複数の検知部１４２のうち対応する検知部１４２に接続されうる。ここで、１つの検知信号線１２５は、１つの検知部１４２に対応する。検知部１４２は、例えば、差動増幅器を含む。マルチプレクサ１４４は、複数の検知部１４２を所定の順番で選択し、選択した検知部１４２からの信号をＡＤ変換器１４６に供給する。ＡＤ変換器１４６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。

読出部１４０（ＡＤ変換器１４６）の出力は、信号処理部２２４に供給され、信号処理部２２４によって処理される。信号処理部２２４は、読出部１４０（ＡＤ変換器１４６）の出力に基づいて、放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を示す情報を出力する。具体的には、信号処理部２２４は、例えば、放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を検知したり、放射線の照射量および／または積算照射量を演算したりする。制御部２２５は、信号処理部２２４からの情報に基づいて、行選択部２２１、駆動部２４１および読出部１３０を制御する。制御部２２５は、信号処理部２２４からの情報に基づいて、例えば、露出（撮像画素１０１による照射された放射線に対応する電荷の蓄積）の開始および終了を制御する。

図２には、放射線撮像装置２００を含む放射線撮像システムの構成が例示されている。放射線撮像システムは、放射線撮像装置２００の他、コントローラ１００２、インターフェース１００３、放射線源インターフェース１００４、放射線源１００５を備えている。

コントローラ１００２には、線量Ａ、照射時間Ｂ（ｍｓ）、管電流Ｃ（ｍＡ）、管電圧Ｄ（ｋＶ）、放射線をモニターすべき領域である放射線検知領域（ＲＯＩ）などが入力されうる。放射線源１００５に付属された曝射スイッチが操作されると、放射線源１００５から放射線が放射される。放射線撮像装置２００の制御部２２５は、例えば、放射線検知領域（ＲＯＩ）に配置された検知画素１２１から読み出された信号の積分値が線量Ａ’に到達したら、インターフェース１００３を介して放射線源インターフェース１００４に曝射停止信号を送る。これに応答して、放射線源インターフェース１００４は、放射線源１００５に放射線の放射を停止させる。ここで、線量Ａ’は、線量Ａ、放射線照射強度、各ユニット間の通信ディレイ、処理ディレイ等に基づいて、制御部２２５によって決定されうる。放射線の照射時間が照射時間Ｂに達した場合は、放射線源１００５は、***停止信号の有無にかかわらず、放射線の照射を停止する。

第１実施形態では、検知画素１２１が存在する箇所の画像情報を読み出すことができないが、検知画素１２１の周囲の撮像画素１０１の出力を用いて補間処理を行うことで、検知画素１２１が存在する箇所の画像情報を得ることができる。

図３には、本発明の第１実施形態の放射線撮像装置２００の動作が例示されている。以下の説明において、撮像画素１０１を駆動する駆動線１０４に印加される信号をＶｇ１〜Ｖｇｎとし、検知画素１２１を駆動する駆動線１２４に印加される信号をＶｄ１〜Ｖｄｎとする。第１スイッチ１０３、第２スイッチ１２３は、ゲートに供給される信号がハイレベルであるときに導通状態となり、ゲートに供給される信号がローレベルであるときに非導通状態となる。

期間Ｔ１は、放射線の照射の開始を待つ期間である。具体的には、放射線撮像装置２００の電源が投入され、放射線画像の撮像が可能な状態となってから放射線源１００５の曝射スイッチが操作され、放射線の照射が検知されるまでが期間Ｔ１である。

期間Ｔ１では、Ｖｄ１〜Ｖｄｎがハイレベルに固定され、検知画素１２１の第２スイッチ１２３が導通状態に固定される。検知画素１２１から読出部１４０によって読み出された信号は、信号処理部２２４で処理され、放射線の照射の開始が検知される。放射線の照射の開始が検知されると、期間Ｔ２に移行する。期間Ｔ１では、変換素子１０２において発生するダーク電流を除去するために、それぞれの第１変換素子１０２を定期的に定電位にリセットすることが望ましい。この例では、各駆動線１０４の電圧Ｖｇ１〜Ｖｇｎが順次にハイレベルにされ、変換素子１０２は、定電圧に固定された列信号線１０６に電気的に接続される。これによって、ダーク電流による電荷が変換素子１０２に長時間にわたって蓄積されることが防止される。期間Ｔ１の長さは、撮影手法・条件等により大きく異なるが、例えば、数ｓｅｃ〜数ｍｉｎでありうる。

期間Ｔ２は、放射線が照射されている期間である。一例として、期間Ｔ２は、放射線の照射の開始が検知されてから放射線の曝射量が最適線量となるまでの期間である。期間Ｔ２は、放射線の照射量をモニターする期間であるとも言える。期間Ｔ２では、Ｖｄ１〜Ｖｄｎが断続的にハイレベルにされ、検知画素１２１の第２スイッチ１２３が断続的に導通状態にされる。

検知画素１２１から読出部１４０によって読み出された信号は、信号処理部２２４で処理され、線量が検知される。期間Ｔ２では、各駆動線１０４に印加される信号Ｖｇ１〜Ｖｇｎがローレベルにされる。これにより、撮像画素１０１の第１変換素子１０２では、発生した電荷が蓄積される。期間Ｔ２の長さは、撮影手法・条件等により大きく異なるが、例えば、１ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ程度でありうる。

制御部２２５は、放射線検知領域（ＲＯＩ）に配置された検知画素１２１から読み出された信号の積分値が線量Ａ’に到達したら放射線撮像装置２００の動作を期間Ｔ３に移行させる。また、このとき、制御部２２５は、インターフェース１００３を介して放射線源インターフェース１００４に曝射停止信号を送る。

期間Ｔ３は、放射線の照射が終了した後に、放射線により撮像画素１０１に蓄積された信号を読み出す期間である。期間Ｔ３では、Ｖｄ１〜Ｖｄｎがローレベルにされる。期間Ｔ３では、検知信号線１２５がフローティングになることを防ぐために、検知信号線１２５を固定電位に接続することが好ましい。

期間Ｔ３では、複数の行を走査するために、Ｖｇ１〜Ｖｇｎが順次にハイレベルにされる。撮像画素１０１に蓄積された信号は、読出部１４０によって読み出される。この例では、各撮像画素１０１における蓄積時間が一定となるように、期間Ｔ１において最後にハイレベルが印加された行に応じて、最初にハイレベルが印加される行が決定される。図３では、期間Ｔ１において最後にハイレベルが印加された行がＶｇ１に対応する行であるので、期間Ｔ３では、Ｖｇ２に対応する行から順にハイレベルが印加される。

図４は、本発明の第１実施形態の放射線撮像装置２００における撮像画素１０１および検知画素１２１の構成を示す平面図である。ここで、平面図は、放射線撮像装置２００の撮像領域ＩＲに平行な面への正投影と等価である。図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ’線に沿った断面図、図５（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。

図４および図５（ａ）に例示されるように、検知画素１２１は、第２変換素子１２２と、第２スイッチ１２３とを含む。第２変換素子１２２は、この例では、不図示のシンチレータによって放射線から変換された光を電荷に変換し蓄積する。ただし、第２変換素子１２２は、放射線を直接に電荷に変換するように構成されてもよい。第２スイッチ１２３は、第２変換素子１２２に蓄積された電荷に応じた電気信号を出力するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む。第２変換素子１２２は、例えば、ＰＩＮ型のフォトダイオード１５４でありうる。第２変換素子１２２は、第２スイッチ１２３を介して、検知信号線１２５と接続される。第２変換素子１２２は、ガラス基板等の絶縁性の支持基板１００の上に配置された第２スイッチ１２３の上に層間絶縁層１２９を挟んで配置されうる。第２変換素子１２２は、例えば、第１電極１５１、ＰＩＮフォトダイオード１５４、第２電極１５７で構成されうる。

第２変換素子１２２の上には、保護膜１５８、第２層間絶縁層１５９、バイアス線１０８、保護膜１６０が順に配置されている。保護膜１６０の上には、不図示の平坦化膜およびシンチレータが配置されている。第２電極１５７は、コンタクトホールを介してバイアス線１０８に接続されている。第２電極１５７には、光透過性を有するＩＴＯが用いられ、不図示のシンチレータで放射線から変換された光が透過可能な構成となっている。

図４および図５（ｂ）に例示されるように、撮像画素１０１は、第１変換素子１０２と、第１スイッチ１０３とを含む。第１変換素子１０２は、第２変換素子１２２と同様に、不図示のシンチレータによって放射線から変換された光を電荷に変換し蓄積する。ただし、第１変換素子１０２は、放射線を直接に電荷に変換するように構成されてもよい。第１スイッチ１０３は、第１変換素子１０２に蓄積された電荷に応じた電気信号を出力するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む。第１変換素子１０２は、例えば、ＰＩＮ型のフォトダイオード１５４でありうる。第１変換素子１０２は、第１スイッチ１０３を介して、列信号線１０６と接続される。第１変換素子１０２は、ガラス基板等の絶縁性の支持基板１００の上に配置された第１スイッチ１０３の上に層間絶縁層１２９を挟んで配置されうる。第１変換素子１０２は、例えば、第１電極１５１、ＰＩＮフォトダイオード１５４、第２電極１５７で構成されうる。第１変換素子１０２、第２変換素子１２２は、例えば、ＭＩＳ型のセンサによって構成されてもよい。

図６〜図８を参照して読出部１４０の構成および動作の具体例を提供する。図６には、読出部１４０の構成例が示されている。図７には、クロストークの発生するメカニズムを説明する図が示されている。図８には、本実施形態における、放射線撮像装置２００の動作例が示されている。

読出部１４０の検知部１４２は、増幅回路ＡＭＰと、保持容量ＨＣと、サンプリングスイッチＳＷとを含む。増幅回路ＡＭＰは、第１入力端子、第２入力端子および出力端子を有する差動増幅器ＤＡと、該第１入力端子と該出力端子との間に並列に設けられた帰還容量Ｃｆおよびリセットスイッチ（リセット部）ＲＳとを含む。該第１入力端子には、検知信号線１２５が接続され、該第２端子には基準電位ＲＥＦが供給される。サンプリングスイッチＳＷは、差動増幅器ＤＡ（増幅回路ＡＭＰ）の出力端子と保持容量ＨＣとの間に配置されている。ＶＡは、検知画素１２１の第１電極１５１の電位、ＶＢは、差動増幅器ＤＡ（増幅回路ＡＭＰ）の出力端子の電位である。すなわち、サンプリングスイッチＳＷと保持容量ＨＣは、検知信号線に現れる信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路として機能する。なお、図７、図８中の駆動信号Ｖｄは、駆動線１２４に印加される信号である。また、リセット信号ΦＲがハイレベルにされるとリセットスイッチＲＳが導通状態にされ、ＶＢが基準電位ＲＥＦにリセットされる。

放射線の照射中（図３における期間Ｔ２）は、撮像画素１０１の第１電極１５１の電位が変動する。これに伴って、第１電極１５１と検知信号線１２５との間の寄生容量を介したクロストークによって、検知信号線１２５の電位が変化する。したがって、図７に例示されるように、差動増幅器ＤＡ（増幅回路ＡＭＰ）の出力端子の電位ＶＢも変動する。図７において、「クロストーク成分」は、クロストークによる検知信号線１２５の電位変化に対応するＶＢの変化を示している。また、「放射線成分」は、第２スイッチ１２３を導通することによる検知信号線１２５の電位変化（つまり、第２変換素子１２２に蓄積された電荷）に対応するＶＢの変化を示している。サンプリング信号ＳＨをハイレベルにしてサンプリングスイッチＳＷを導通させることによって保持容量ＨＣに蓄積される信号は、「クロストーク成分」および「放射線成分」を含むことになる。その為、正確に信号を取得する為には、「クロストーク成分」を除去することが必要となる。

以下、図８を参照しながら本実施形態の動作を説明する。図８は、簡略化の為、図３の期間Ｔ２の部分のみを記載している。まず、リセット信号ΦＲがハイレベルにされ、リセットスイッチＲＳが導通状態にされる。これによって、ＶＢが参照電位ＲＥＦにリセットされる。リセット信号ΦＲがローレベルにされてリセットスイッチＲＳが非導通状態になった瞬間から、ＶＢがクロストークによって変化し始める。次に、放射線照射初期に、第２スイッチ素子１２３を導通させず、駆動線１２４の電位をローレベルのまま、サンプリング信号ＳＨをローレベルからハイレベルになった後に再びローレベルとなる。これにより、保持容量ＨＣとサンプリングスイッチＳＷによるクロストーク成分のサンプリングを行う。このリセット及びサンプリングの一組である第１動作を、１回、または、複数回繰り返し、クロストーク成分の信号を１回又は複数回取得する。信号処理部２２４は、期間ＴＴ１の第１動作で得られた１つ又は複数の信号を用いて、当該撮影での、単位時間当たりのクロストーク成分の「第１信号Ａ」を取得もしくは算出する。

次に、リセット信号ΦＲがハイレベルにされ、リセットスイッチＲＳが導通状態にされた後、リセット信号ΦＲがローレベルにされてリセットスイッチＲＳが非導通状態にされる。その後、第２スイッチ素子１２３を少なくとも導通させた後に検知信号線１２５に現れる信号のサンプリングを行う。期間ＴＴ２のリセットと第２スイッチ素子の導通に応じたサンプリングとの一組である第２動作を繰り返す。第２動作により、信号処理部２２４は、放射線照射により第２変換素子１２２に蓄積された放射線成分の信号とクロストーク成分の信号とを含む「第２信号Ｂ」を取得する。次に、信号処理部２２４は、第１信号Ａと第２信号Ｂに基づいて放射線撮像装置２００に対する放射線の照射を示す情報を出力するための信号処理を行う。具体的には、信号処理部２２４は、「第１信号Ａ」と「第２信号Ｂ」とを差分処理することで、「第２信号Ｂ」から「クロストーク成分」を除去する補正を行うことが可能となる。

本実施形態では、放射線量の検出のために放射線成分とクロストーク成分とを含む第２信号Ｂを取得する第２動作を連続して複数回行う前に、放射線成分を含まずにクロストーク成分のみを含む第１信号Ａを取得する。そのため、連続する複数回の第２動作の間に第１動作を行うことなく、第２動作のみを繰り返し行うことができる。そのため、放射線量の検出の時間分解能を低下させることなく、放射線量の検出を行うことが可能となる。なお、各検知信号線に発生するクロストーク量は、被写体毎、撮影毎に変化するため、毎撮影毎に第１動作を実施することが好ましい。

なお、放射線源によっては、放射線照射開始初期は照射強度が不安定で、徐々に目的の強度に安定してくるものがある。そのような場合、放射線の照射強度に応じてクロストークは変化する。クロストーク量の取得する第１動作は、放射線量が安定した状態で実施するのが望ましいため、図９に示すように、照射強度が安定するまで第１動作を継続することが好ましい。照射強度が安定後のクロストーク成分の信号Ａを用いて、第２動作で取得された第２信号Ｂの補正に用いることで、精度よく、放射線成分のみを検出することが可能となる。なお、放射線強度とクロストーク量は比例するため、第１動作で得られる信号量が安定したかどうかで、放射線の照射強度が安定したかどうかを判断することが可能である。

また、今までの例では、第１動作の期間ＴＴ１と第２動作の期間ＴＴ２とを同じ時間とする例を示した。それにより、第１動作と第２動作とで、それぞれのサンプリング間隔が同じ時間となり、単位時間当たりの放射線照射量が安定していれば、クロストーク成分がそれぞれの期間でほぼ同一となる。それにより、第１信号Ａと第２信号Ｂとの差分処理で、精度良く補正を行うことが可能となる。なお、サンプリング間隔とは、複数回行われる第１動作、又は、複数回行われる第２動作における各動作の間隔である。また、第１動作と第２動作とで、第２スイッチ素子１２３の動作以外、全て同じ動作を行うように制御を行うと、動作の違いによる信号の差異を最小化できるため、補正精度を向上させることができる。

ただし、図１０に示すように、第１動作と第２動作とで、それぞれのサンプリング期間が異なっていても、補正は可能である。例えば、第１動作の期間ＴＴ１’（及びそれに応じたサンプリング間隔）が第２動作の期間ＴＴ２（及びそれに応じたサンプリング間隔）の半分の場合は、第２動作でのクロストーク成分は、第１動作でのクロストーク成分の略２倍となる。そのため、それぞれの時間の比に合わせて、第１動作で取得された信号の２倍の値で、第２動作で取得された信号の補正を行うことで、精度よくクロストークを補正できるようになる。このように、各動作の時間の比率に応じて補正を行うことで、クロストークを精度よく補正できる。なお、第１動作のサンプリング間隔を短くすることで、短い時間で補正値であるクロストーク量を取得できるため、放射線量の検出をモニターする第２動作へ早く移行しやすくなるメリットがある。

また、第１動作と第２動作とで、サンプリング間隔が異なる場合の補正値の算出方法として、あらかじめ第１動作と第２動作とで校正用のデータを取得し、補正に利用しても良い。例えば、サンプリング間隔の異なる第１動作と第２動作とで、同じ放射線を照射したときの、信号量の違いを事前に取得しておく。その信号の比率を元に、第１動作と第２動作でのクロストーク量の違いを、校正データとして、第２動作で取得された信号の補正に利用する。第１動作と、第２動作とで、サンプリング間隔以外の要因で、クロストーク量に違いが出る場合でも、実測によりそれらの信号量の違いを事前に確認し、補正を行うことで、精度よく補正をすることが可能となる。

また、第１動作は、素早く照射量のモニターを開始することが要求されるため、放射線照射初期に取得することが好ましい。但し、放射線照射初期でなくても、照射量安定化後に、第１動作を実施し、その後、第２動作に移る構成でも、本実施形態の効果を得ることが可能である。

なお、図１に示されたように、本実施形態では撮像画素１０１からの信号と検知画素１２１からの信号とが別々の読出部１３０、１４０によって読み出される。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、図１１に例示するように、共通の読出部１４０によって読み出されてもよい。

また、本実施形態では、専用の検知信号線１２５と専用の検知駆動線１２４とに接続された、検知画素１２１を備えた例を示したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、図１２に例示されるように、全ての画素が同様の構造をもつ画素アレイを用いて、一部の行を検知画素１２１として使用するような形でも問題ない。

次に、図１３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。

第１実施形態では、第１動作によるクロストーク取得期間を照射開始初期のみに適用した例を示したが、第２実施形態では、複数初期以外にも複数持つ例を示している。

図１３に示すように、例えば、強度の低い放射線を長時間照射するような、照射中に照射量が変化するような場合、「放射線成分」と「クロストーク成分」を含む「第２信号Ｂ」に変化が見られる。その為、「第２信号Ｂ」に変化が見られた場合は、第１動作に戻り、クロストーク成分を含む「第１信号Ａ」を再取得する。その後、再び第２動作に移行し、再取得したクロストーク成分を含む「第１信号Ａ」を元に差分処理を行うことで第２信号Ｂの補正を行い、第２信号Ｂからクロストーク成分が除去された信号を取得する。

このような動作により、放射線照射中に照射量が変化した場合も、正確に信号を取り出すことが可能となる。また、定期的にクロストーク成分を更新する等、第２動作から第１動作に定期的に戻るような制御をおこなっても良い。

以下、図１４を参照しながら放射線撮像装置２００を放射線検知システムに応用した例を説明する。放射線源であるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、前述の放射線撮像装置２００に代表される放射線撮像装置６０４０に入射する。この入射した放射線であるＸ線には被験者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して放射線撮像装置のシンチレータ（不図示）は発光し、これを放射線撮像装置の光電変換素子で光電変換して、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手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１０１ 撮像画素
１２１ 検知画素
２００ 放射線撮像装置
１０６ 列信号線
１２５ 検知信号線
１０２ 第１変換素子１０２
１０３ 第１スイッチ
１２２ 第２変換素子
１２３ 第２スイッチ
ＩＲ 撮像領域

Claims (11)

1. 放射線撮像装置であって、
   放射線を電気信号に変換する変換素子を含み、前記電気信号に基づく放射線画像の取得のための第１画素と、
   放射線を電気信号に変換する変換素子、および、前記変換素子を信号線に接続するスイッチ素子を含み、当該電気信号に基づく前記放射線撮像装置に対する放射線の照射を示す情報の取得のための第２画素と、
   前記第１画素の前記変換素子との間に寄生容量が形成された前記信号線の電位をリセットするリセット部を含み、前記放射線撮像装置に前記放射線が照射されている期間に、前記リセット部によって前記信号線の電位がリセットされる動作と、その後に、前記スイッチ素子を導通しない状態で前記信号線に現れる第１信号が読み出される動作と、の一組である第１動作と、前記リセット部によって前記信号線の電位がリセットされる動作と、その後に、前記スイッチ素子が導通することによって前記信号線に現れる第２信号が読み出される動作と、の一組である第２動作と、を行い、且つ、前記第２動作を連続して複数回行う前に前記第１動作を行う読出部と、
   前記情報を出力するために前記第１信号と前記第２信号とを差分処理する信号処理を行う信号処理部と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記信号処理部は、前記放射線撮像装置に照射されている前記放射線の照射強度が安定した後に前記読出部によって読み出された前記第１信号を用いて前記信号処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記読出部は、前記第２動作の後に前記第１動作に戻り前記第１信号を再取得した後で複数回の前記第２動作に再び移行することを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記読出部は、前記信号線を通して電気信号が与えられる第１入力端子、基準電位が与えられる第２入力端子、および、出力端子を有する差動増幅器を含み、前記リセット部は、前記第１入力端子と前記出力端子とを接続するスイッチを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記読出部は、前記信号線に現れる信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 前記第１動作を行う第１動作の期間と前記第２動作を行う第２動作の期間とが同じ時間であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記第１動作を行う第１動作の期間と前記第２動作を行う第２動作の期間とが異なる時間である場合、前記信号処理部は、前記第１動作の期間と前記第２動作の期間の時間の比を用いて前記信号処理を行うことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記第２画素は、前記第１画素と同一の列に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記第１画素は、前記信号線とは異なる信号線に接続するスイッチ素子を更に含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
10. 放射線を発生する放射線源と、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
11. 前記放射線撮像装置は、前記信号処理部からの情報に基づいて前記読出部を制御する制御部を更に含み、
    前記制御部は、前記信号処理部からの情報に基づいて前記放射線源による前記放射線の放射を停止させるための信号を出力する、ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像システム。

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