JP7135941B2 - 放射線撮影装置 - Google Patents
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Description
また、放射線撮影装置には、更なる被ばく線量の低減や高画質化、動作の高速化等が求められている。しかし、放射線撮影装置の高機能化に伴い、回路から生じるノイズの影響が大きくなってきた。ノイズは放射線画像にアーティファクトを生じさせる原因となるため、その低減が課題となっている。
例えば、特許文献1には、CCDに蓄積された電荷を転送する水平シフトレジスタと、水平シフトレジスタを駆動させる駆動回路と、駆動回路が駆動していないときに駆動回路へ供給されるのと同程度の電力を消費するダミー負荷回路と、を有し、撮像素子の水平シフトレジスタが駆動するときに生じる電源電圧の急激な変動を抑制してノイズの発生を防止することが可能な撮像装置について記載されている。
また、こうした技術の他にも、例えば放射線画像を読み出す読み出し回路を高透磁率シート等で覆うといった方法も考えられる。
ところが、シリアル撮影や動画撮影等では、撮影から画像表示までの時間を短くすることが要求されており、そのような要求に対応した放射線撮影装置は、実行する読み出し動作が暗画像と本画像とで異なる場合がある。具体的には、本画像読み出しと並行してオフセット補正やゲイン補正等の多くの補正を施す必要があるため、補正を行う信号処理回路が、例えば図7に示すように、メモリアクセス動作を、暗画像を読み出すときに比べて頻繁に行うといったことがある。
メモリアクセス動作が実行されると、装置内に電源変動が生じ、読み出し回路が変動に応じたノイズが生じさせるが、暗画像の読み出し時と本画像の読み出し時とでメモリアクセス動作が異なると、暗画像と本画像とで生じるノイズ量に差が出るため、オフセット補正でノイズを除去し切れず、それがアーティファクトとなってしまう場合がある。
また、高透磁率シートのような物理的にノイズを遮断する手段は、放射線撮影装置の製造コストや重量を増大させてしまうという問題がある。
二次元状に配列された複数の検出素子と、各検出素子にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、を有するセンサー部と、
前記センサー部の各スイッチ素子の導通状態/非導通状態を切り替えて各検出素子から電荷を出力させるセンサー駆動部と、
前記センサー部の各検出素子が出力した電荷の量に基づいて放射線画像の画像データを生成する画像生成部と、
画像データを保存可能なメモリーと、
前記画像生成部が露光前に生成した暗画像の画像データである暗画像データを前記画像生成部から取得する動作と、前記メモリーからのデータの読み込みと前記メモリーへのデータの書き込みのうちの少なくとも一方を行うメモリアクセス動作と、を含む第一動作と、
前記画像生成部が露光後に生成した本画像の画像データである本画像データを前記画像生成部から取得する動作と、前記メモリーからのデータの読み込みと前記メモリーへのデータの書き込みのうちの少なくとも一方を行うメモリアクセス動作と、を含む第二動作と、を実行する信号処理回路と、を備え、
前記信号処理回路は、前記第一動作におけるメモリアクセス動作と前記第二動作におけるメモリアクセス動作とが一致していない場合に、前記第一動作におけるメモリアクセス動作と前記第二動作におけるメモリアクセス動作のうちの少なくとも一方に、他方のメモリアクセス動作には含まれ且つ前記一方のメモリアクセス動作には含まれないメモリアクセス動作のうちの少なくとも一つを模したダミーメモリアクセス動作を含めることを特徴とする。
初めに、本発明の第一実施形態について、図1~5を参照しながら説明する。
本実施形態に係る放射線撮影装置(以下撮影装置100)の概略構成について説明する。図1は撮影装置100の斜視図、図2は撮影装置100の電気的構成を表すブロック図である。
なお、ここでは、持ち運びすることが可能な可搬型の撮影装置100について説明するが、本発明は、例えば室内や撮影台等に据え付けられた専用機型の放射線画像撮影装置に対しても適用可能である。
また、筐体1の寸法は、従来ある医用放射線フィルムカセッテと略等しくなっている。
筐体1の一側面には、図1に示したように、電源スイッチ11や操作スイッチ12、インジケーター13、通信部8のコネクター82等が設けられている。
なお、センサー部3により多くの電磁波が伝わるように、シンチレーター2におけるセンサー部3と対応する面に反射層を備えていてもよい。
本実施形態における複数の走査線32は、基板31の表面に、所定間隔を空けて互いに平行に延びるよう設けられている。
本実施形態における複数の信号線33は、所定間隔を空けて互いに平行に延び、走査線32と直交し、かつ各走査線と交差部において導通しないように設けられている。
すなわち、本実施形態における複数の走査線32及び複数の信号線33は格子状に設けられている。
本実施形態においては、複数の走査線32及び信号線33によって格子状に区画された複数の領域内にそれぞれ設けられることで、行列状(マトリクス状)に配列されている。
また、各検出素子34は、例えばフォトダイオードやフォトトランジスター等で、シンチレーター2が発生させた電磁波の量(受けた放射線の線量)に応じた量の電荷をそれぞれ発生させるようになっている。
各検出素子34の一方の端子34aには、スイッチ素子35のドレイン端子が接続され、他方の端子34bにはバイアス線36が接続されている。
放射線を直接電荷に変換する検出素子34を用いる場合には、シンチレーター2は不要となる。
本実施形態におけるスイッチ素子35は、TFT(Thin Film Transistor)で構成されており、ゲート電極が近接する走査線32に接続され、ソース電極が近接する信号線33に接続され、ドレイン電極が同じ領域内の検出素子34の一方の端子34aに接続されている。
そして、各スイッチ素子35は、ゲート電極に印加される電圧(オン電圧/オフ電圧)に応じて、検出素子34と信号線33(積分回路511)とが導通した導通状態、又は検出素子34と信号線33とが導通していない非導通状態に切り替えることが可能となっている。
なお、本実施形態のバイアス線36は、結線37で接続する構成としているが、各バイアス線36をバイアス電源回路43に直接接続してもよいし、複数本の結線37にバイアス線36を分けて接続してもよい。結線37で接続するとバイアス線36を流れる電流が集中し、配線抵抗による電圧降下が大きくなってしまうが、分割することで、電圧降下を低減する効果が得られる。
また、バイアス線36は、配線抵抗の影響を低減するため、面状に広がったものとしてもよいし、縦横に配置した配線が交差部で接続した井桁状のものとしてもよい。
バイアス線36を面状、井桁状とする場合には、結線37は不要となる。
オン電圧が印加されない走査線32には、オフ電圧を印加するようになっている。
なお、図2にはアナログマルチプレクサー52とA/D変換器53が一つずつ図示されているが、画像生成部5に、複数の読出しICを備え、各読出しICが、複数の読み出し回路51、アナログマルチプレクサー52、及びA/D変換器53をそれぞれ備えるようにしてもよい。
また、各読み出し回路51は、積分回路511と、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling、)回路(以下、CDS回路512)と、をそれぞれ備えている。
そして、各読み出し回路51は、各信号線33から入力された電荷の量に基づいてアナログ信号値を生成し、アナログマルチプレクサー52へ出力するようになっている。
なお、読み出し回路51の詳細については後述する。
また、アナログマルチプレクサー52は、複数の読み出し回路51の中からA/D変換器53に接続する読み出し回路51を選択的に切り替えることで、各読み出し回路51から入力されたアナログ信号値を一つずつA/D変換器53へ出力するようになっている。
なお、ここでは、アナログマルチプレクサー52を、アナログ信号値を一つずつ出力するものとしたが、複数の画素から一つの画素(例えば、4画素を平均化した1画素)を生成するため、アナログマルチプレクサー52を、アナログ信号値を二つ以上ずつA/D変換器53へ出力できるように構成してもよい。
なお、ここでは、複数のCDS回路512に対して一つのA/D変換器を備えることとしたが、A/D変換器53は、各CDS回路512にそれぞれ接続されていてもよい。
その場合、アナログマルチプレクサー52は不要となる。
また、本実施形態に係る制御部6は、センサー駆動部4や画像生成部5を制御する図示しない各種制御回路も備えている。
なお、制御部6を、CPLD(Complex Programmable Logic Device)で構成するようにしてもよいし、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)を備えたマイコンで構成するようにしてもよい。
なお、メモリー7を不揮発性メモリー(例えばフラッシュメモリー等)で構成するようにしてもよい。
次に、上記撮影装置100の画像生成部5が備える読み出し回路51の詳細について説明する。図3は、読み出し回路51の具体的構成を表す回路図である。
オペアンプ511aは、反転入力端子に信号線33が接続され、非反転入力端子に基準電圧V0が印加されている。このため、信号線33に印加される電圧も基準電圧V0となっている。
そして、信号線33から電荷が流入すると、その電荷の量に応じた出力電圧Voutを出力するようになっている。
なお、基準電圧V0としてGND電位を印加してもよい。
積分回路511は、このように構成されることで、流入した電荷の量を時間積分して電圧をCDS回路512へ出力することが可能となっている。
また、リセットスイッチ511cが導通状態にされると、コンデンサー511bに蓄積していた電荷を放出して電圧をリセットするようになっている。
第一コンデンサーCrは一方の電極が抵抗512aと差分回路512dの反転入力端子との間に接続され、他方の電極がGNDに接続されている。
第一スイッチSrは、抵抗512aと第一コンデンサーCrとの間に設けられている。
そして、第一スイッチSrが導通状態にされると、積分回路511と第一コンデンサーCrとが接続され、第一コンデンサーCrが充電される。
その後、第一スイッチSrが非導通状態にされると、積分回路511と第一コンデンサーCrとの接続が解除され、その時点の第一コンデンサーCrの両電極間の電圧(以下、第一電圧VSHR)を保持するようになっている。
第二コンデンサーCsは一方の電極が抵抗512aと差分回路512dの非反転入力端子との間に接続され、他方の電極がGNDに接続されている。
第二スイッチSsは、抵抗512aと第二コンデンサーCsとの間に設けられている。
そして、第二スイッチSsが導通状態にされると、積分回路511と第二コンデンサーCsとが接続され、第二コンデンサーCsが充電されるようになっている。
その後、第二スイッチSsが非導通状態にされると、積分回路511と第二コンデンサーCsとの接続が解除され、その時点の第二コンデンサーCsの両電極間の電圧(以下、第二電圧VSHS)を保持するようになっている。
そして、差分回路512dは、第二サンプルホールド回路512cが保持している信号値としての第二電圧VSHSから第一サンプルホールド回路512bが保持している第一電圧VSHRを差し引いた差分を出力するようになっている。
この差分は、前述したアナログ信号値ΔVとして、アナログマルチプレクサー52へ出力される。
次に、上記撮影装置100の制御部6が備える信号処理回路61の詳細について説明する。図4は信号処理回路61の機能的構成を表すブロック図である。
この「第一動作」は、図4(a)に示すような動作であり、画像生成部5が露光前に生成した暗画像の画像データである暗画像データを画像生成部5から取得する取得動作A1を含んでいる。
また、「第一動作」は、メモリー7からのデータの読み込みとメモリー7へのデータの書き込みのうちの少なくとも一方を行うメモリアクセス動作を含んでいる。
本実施形態における第一動作には、暗画像データをメモリー7に書き込むメモリアクセス動作A2が含まれる。
また、「第二動作」は、メモリー7からのデータの読み込みとメモリー7へのデータの書き込みのうちの少なくとも一方を行うメモリアクセス動作と、を含んでいる。
本実施形態における第二動作には、メモリー7から暗画像データを読み出すメモリアクセス動作B2と、暗画像データと本画像データとの差分であるオフセット画像データを生成するオフセット補正動作B3と、生成したオフセット画像データを圧縮する圧縮動作B4と、圧縮されたオフセット画像データをメモリー7へ書き込むメモリアクセス動作B5と、が含まれる。
なお、オフセット画像データのデータ量が小さい場合には、圧縮動作B4は不要である。
この場合、本画像データへ施される各種補正(詳細後述)の多くは、第一動作と並行して実施されることになる。
すなわち、第一動作におけるダミーメモリアクセス動作は、第二動作におけるオフセット補正動作に伴うメモリアクセス動作を模したものである。
なお、第二動作に、メモリー7から、本画像データの補正(例えばゲイン補正、残像補正、欠陥補正、ビニング等)に用いられる複数の補正データをそれぞれ読み出す複数のメモリアクセス動作と、読みだした複数の補正データをそれぞれ用いて本画像データに複数の補正を施して補正本画像データを生成する本画像補正動作と、を含めるようにしてもよい。
これらの補正処理は、比較的単純な演算で行うことができ、信号処理回路61の処理能力で足りるため、このようにすれば、撮影から他の装置(コンソール等)で放射線画像を表示するまでの時間を短縮することができる。
すなわち、第一ダミーアクセス動作を含める動作を第一動作と第二動作のいずれか一方としてもよい。
また、ダミーアクセス動作は、ダミー画像データをメモリー7に書き込む動作と読み出す動作のいずれか一方としてもよい。
この「態様」とは、小刻みに繰り返されるメモリアクセス動作の頻度(密度)やメモリアクセス動作が繰り返される期間の長さ等を指す。
次に、上記撮影装置100の動作について説明する。図5は撮影装置100の各部の動作と積分回路511の出力電圧Voutの経時変化を表す図である。
なお、図5における出力電圧Voutのグラフのうち、実線部分は検出素子34に電荷の蓄積がなかった場合、破線部分は電荷の蓄積があった場合を示している。
電源スイッチ11が操作(ONに)されると、制御部6は、まず、各読み出し回路51に、各信号線33へ基準電圧V0を印加させるとともに、バイアス電源回路43に、結線37及びバイアス線36を介して各検出素子34へ逆バイアス電圧を印加させる。
具体的には、まず、センサー駆動部4に、全ての走査線32へオフ電圧を印加させ、全てのスイッチ素子35を非導通状態とする。すると、各検出素子が発生させた暗電荷が各画素に蓄積される。
各積分回路511が電圧のリセットを終えると、制御部6は、画像生成部に第一サンプルホールド動作を実行させる。すなわち、スイッチ素子35が非導通状態となった後の各積分回路511の出力電圧Voutを、各第一サンプルホールド回路512bに所定時間サンプリングさせる。具体的には、第一スイッチSrを導通状態にして、第一コンデンサーCrを充電する(t3~t4)。
本実施形態においては、複数の積分回路511が、それぞれ第一サンプルホールド回路512bへ電圧を出力しているため、制御部6は、複数の第一サンプルホールド回路512bに、サンプリング及び第一電圧VSHRの保持を同時に行わせることになる。
そして、所定時間充電した後の第一電圧VSHRを基準信号値として保持(サンプルホールド)する(t4)。
その後、制御部6は、画像生成部に第二サンプルホールド動作を実行させる。すなわち、スイッチ素子35が導通状態になった後の各積分回路511の出力電圧Voutを、各第二サンプルホールド回路512cに所定時間サンプリングさせる。具体的には、第二スイッチSsを導通状態にして、第二コンデンサーCsを充電する(t7~t8)。
本実施形態においては、複数の積分回路511が、それぞれ第二サンプルホールド回路512cへ電圧を出力しているため、制御部6は、複数の第二サンプルホールド回路512cに、サンプリング及び第二電圧VSHSの保持を同時に行わせることになる。
そして、所定時間充電した後の第二電圧VSHSを基準信号値として保持(サンプルホールド)する(t8)。
アナログマルチプレクサー52は入力された複数のアナログ信号値ΔVをA/D変換器53に順次出力する。
そして、A/D変換器53が、入力されたアナログ信号値ΔVをデジタル信号値に順次変換する。
上記一本の走査線32へのオン電圧の印加からここまでの動作を、対象とする走査線を変えながら繰り返すことにより、一枚の暗画像データが生成される。
本画像データを生成する際の制御部6の動作は、暗画像データを生成するときと基本的に同じであるが、積分回路511をリセットさせてからスイッチ素子35が導通状態となるまでの間に放射線の照射を受けるため、スイッチ素子35が導通状態となった後の出力電圧Voutが暗画像データを生成するときよりも高い値で(破線で示したグラフのように)推移する。
なお、動態画像の撮影を行う場合には、この本画像データの生成を繰り返し行う。
具体的には、暗画像データをメモリー7に書き込んだり、メモリー7から暗画像データを読み出したり、オフセット画像データをメモリー7に書き込んだりする。
こうして、オフセット補正が施されたオフセット画像データが他の装置(コンソール等)へ転送可能な状態となる。
また、動態画像の撮影のように、各種動作の繰返し周期が短い場合、第一,第二サンプルホールド動作の実行タイミングとメモリアクセス動作の実行タイミングとが重なることが多くなる。
しかし、本実施形態に係る撮影装置100の信号処理回路61は、上述したように、第一動作におけるメモリアクセス動作と第二動作におけるメモリアクセス動作のうちの少なくとも一方に、他方のメモリアクセス動作には含まれ且つ前記一方のメモリアクセス動作には含まれないメモリアクセス動作のうちの少なくとも一つを模したダミーメモリアクセス動作を含めるようになっているため、メモリアクセス動作から受ける影響は、暗画像データを生成するときと本画像データを生成するときとで差を小さくなる、又は差がなくなる。このため、オフセットをより正確に除去することが可能となる。
また、本実施形態に係る撮影装置100は、信号処理回路61の動作(ソフトウェア)によってメモリアクセス動作の違いに起因するノイズを抑制するため、高透磁率シートのような物理的にノイズを遮断する手段が不要となる。
その結果、撮影装置100の製造コストや重量を増加させることなく、信号処理回路のメモリアクセス動作が暗画像の読み出し時と本画像の読み出し時とで異なることに起因して生じる放射線画像のアーティファクトを低減することができる。
次に、本発明の第二施形態について、図1,2,6を参照しながら説明する。なお、ここでは、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、本実施形態における暗画像補正動作A7は、図6に示すように、複数の暗画像データの平均である平均画像データを生成する平均化処理となっている。このため、本実施形態における補正データは、信号処理回路61Aが保持している過去の暗画像データ又は過去の平均画像データということになる。
なお、補正データをメモリー7から読み出して暗画像補正動作を実行するようにしてもよい。
これは、メモリー7からデータを読み出す動作は、メモリー7にデータを書き込む動作に比べてCDS回路512の動作に与える影響が小さいためである。
なお、本実施形態における第一動作にダミーメモリアクセス動作DA3を含めるようにしてもよい。
なお、本実施形態においては、メモリー7へ書き込むメモリアクセス動作を全てそろえることとしたが、そのうちの一部(例えば最も影響の大きい)メモリアクセス動作だけをそろえるようにしてもよい。
また、本実施形態のように、影響の小さいダミーメモリアクセス動作(メモリー7からの読み出し動作)を行わないようにすることで、電力消費を抑えることができる。
1 筐体
11 電源スイッチ
12 操作スイッチ
13 インジケーター
2 シンチレーター
3 センサー部
31 基板
32 走査線
33 信号線
34 検出素子
34a,34b 端子
35 スイッチ素子
36 バイアス線
37 結線
4 センサー駆動部
41 ゲート電源回路
42 ゲートドライバ
43 バイアス電源回路
5 画像生成部
51 読み出し回路
511 積分回路
511a オペアンプ
511b コンデンサー
511c リセットスイッチ
512 相関二重サンプリング回路
512a 抵抗
512b 第一サンプルホールド回路
Cr 第一コンデンサー
Sr 第一スイッチ
512c 第二サンプルホールド回路
Cs 第二コンデンサー
Ss 第二スイッチ
512d 差分回路
52 アナログマルチプレクサー
53 A/D変換器
6,6A 制御部
61,61A 信号処理回路
7 メモリー
8 通信部
81 アンテナ
82 コネクター
9 内蔵電源
A1 取得動作
A2,A8,A9 メモリアクセス動作
A7 暗画像補正動作
B1 取得動作
B2,B5 メモリアクセス動作
B3 オフセット補正動作
B4 圧縮動作
DA3,DA6 ダミーメモリアクセス動作
DA4 ダミーオフセット補正動作
DA5 ダミー圧縮動作
DB6,DB8,DB9 ダミーメモリアクセス動作
DB7 ダミー暗画像補正動作(平均化処理)
Claims (7)
- 二次元状に配列された複数の検出素子と、各検出素子にそれぞれ接続された複数のスイッチ素子と、を有するセンサー部と、
前記センサー部の各スイッチ素子の導通状態/非導通状態を切り替えて各検出素子から電荷を出力させるセンサー駆動部と、
前記センサー部の各検出素子が出力した電荷の量に基づいて放射線画像の画像データを生成する画像生成部と、
画像データを保存可能なメモリーと、
前記画像生成部が露光前に生成した暗画像の画像データである暗画像データを前記画像生成部から取得する動作と、前記メモリーからのデータの読み込みと前記メモリーへのデータの書き込みのうちの少なくとも一方を行うメモリアクセス動作と、を含む第一動作と、
前記画像生成部が露光後に生成した本画像の画像データである本画像データを前記画像生成部から取得する動作と、前記メモリーからのデータの読み込みと前記メモリーへのデータの書き込みのうちの少なくとも一方を行うメモリアクセス動作と、を含む第二動作と、を実行する信号処理回路と、を備え、
前記信号処理回路は、前記第一動作におけるメモリアクセス動作と前記第二動作におけるメモリアクセス動作とが一致していない場合に、前記第一動作におけるメモリアクセス動作と前記第二動作におけるメモリアクセス動作のうちの少なくとも一方に、他方のメモリアクセス動作には含まれ且つ前記一方のメモリアクセス動作には含まれないメモリアクセス動作のうちの少なくとも一つを模したダミーメモリアクセス動作を含めることを特徴とする放射線撮影装置。 - 前記画像生成部に、
前記スイッチ素子が非導通状態となった後の基準信号値を保持する第一サンプルホールド動作と、
前記スイッチ素子が導通状態となった後の画素信号値を保持する第二サンプルホールド動作と、を実行させることが可能であり、
前記信号処理回路は、
前記画像生成部による前記第一サンプルホールド動作及び前記第二サンプルホールド動作と重なるタイミングで実行する、前記第一動作における前記メモリアクセス動作の態様と、前記第二動作における前記メモリアクセス動作の態様と、が等しくなるように前記ダミーメモリアクセス動作を実行することを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影装置。 - 前記第一動作には、前記暗画像データを前記メモリーに書き込むメモリアクセス動作が含まれ、
前記第二動作には、
前記メモリーから前記暗画像データを読み出すメモリアクセス動作と、
前記暗画像データと前記本画像データとの差分であるオフセット画像データを生成するオフセット補正動作と、
生成したオフセット画像データをメモリーへ書き込むメモリアクセス動作と、が含まれ、
前記第一動作における前記ダミーメモリアクセス動作は、前記第二動作における前記オフセット補正動作に伴う前記メモリアクセス動作を模したものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放射線撮影装置。 - 前記ダミーメモリアクセス動作は、前記暗画像又は前記本画像を模したダミー画像の画像データであるダミー画像データを前記メモリーに書き込むダミーメモリアクセス動作、または前記メモリーから前記ダミー画像データを読み出すダミーメモリアクセス動作であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
- 前記第二動作には、
前記メモリーから、前記本画像データの補正に用いられる複数の補正データをそれぞれ読み出す複数のメモリアクセス動作と、
読みだした複数の前記補正データをそれぞれ用いて前記本画像データに複数の補正を施して補正本画像データを生成する本画像補正動作と、が含まれることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。 - 前記第一動作には、
補正データを用いて前記暗画像データに補正を施して補正暗画像データを生成する暗画像補正動作と、
生成された前記補正暗画像データをメモリーに書き込むメモリアクセス動作と、が含まれることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。 - 前記暗画像補正動作は、複数の前記暗画像データの平均である平均画像データを生成する平均化処理であることを特徴とする請求項6に記載の放射線撮影装置。
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