JP7319809B2 - 放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システムに関する。

放射線発生装置と放射線撮像装置との間の同期を取るために、放射線撮像装置が放射線照射の有無を検知する構成が提案されている。特許文献１は、放射線撮像装置に放射線が照射された場合に、バイアス電位を画素へ供給するバイアス線に電流が流れることを利用して、放射線照射の有無を検知する放射線撮像装置を提案する。具体的には、バイアス線に流れる電流が所定の閾値を超えた場合に、放射線が照射されていると判定される。バイアス線には、放射線に起因する電流以外にも様々な要因でノイズ電流が流れる。このノイズ電流が大きい場合に、放射線撮像装置に放射線が照射されていないにもかかわらず、照射されたと誤検知してしまうことがある。誤検知を防ぐために、特許文献１では、バイアス線に流れる暗電流を保持するためのサンプルホールド回路を有し、ある時点でバイアス線に流れている電流から、この保持された暗電流を減じた値を閾値と比較する。また、特許文献２では、放射線撮像装置の画素のスイッチ素子が導通状態である間にバイアス線に流れる電流と、このスイッチ素子が非導通状態である間にバイアス線に流れる電流との差分を取ることによって、バイアス電流に混入するノイズを除去する。

特表２００２－５４３６８４号公報 特開２０１４－１６８２０３号公報

特許文献１に提案される暗電流を減じる方法では、バイアス電流の温度ドリフトのような非常に遅い周波数成分（例えば１Ｈｚ以下）のノイズしか除去できない。特許文献２に提案されるスイッチ素子の導通時の電流と非導通時の電流との差分をとる方法は、商用電源から混入するノイズ（５０～６０Ｈｚ）や、筺体に圧力や衝撃が加えられた際に生じるノイズ（数Ｈｚ～数ｋＨｚ）を除去できる。しかし、この方法は、静電気に起因するノイズのような高周波ノイズ（数ＭＨｚ～数ＧＨｚ）を除去できない。このような高周波ノイズが放射線照射の誤検知を引き起こす可能性がある。本発明の１つの側面は、放射線撮像装置への放射線照射に関する誤検知を低減するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面は、放射線を電荷に変換する変換素子及び前記変換素子を信号線に接続するスイッチ素子を含む複数の画素が複数の行および複数の列を構成するように配列された画素アレイと、前記複数の画素の前記変換素子にバイアス電位を与えるためのバイアス線と、前記複数の画素の前記スイッチ素子の制御端子に、前記スイッチ素子を導通状態にするオン電圧を供給するための複数の駆動線と、ある１つ以上の駆動線へ前記オン電圧を供給した後、時間をおいて、別の１つ以上の駆動線へ前記オン電圧を供給することによって、前記複数の駆動線に循環的に前記オン電圧を供給する駆動部と、前記複数の駆動線の少なくとも１つに連続して前記オン電圧が供給されている期間内の複数の時点のそれぞれにおいて前記バイアス線に流れる電流を表す第１信号値を取得することによって複数の第１信号値を取得し、前記複数の駆動線の何れにも連続して前記オン電圧が供給されていない期間内の複数の時点のそれぞれにおいて前記バイアス線に流れる電流を表す第２信号値を取得することによって複数の第２信号値を取得する取得部と、前記複数の第１信号値における外れ値と前記複数の第２信号値における外れ値とを特定し、前記複数の第１信号値のうち外れ値であると特定された第１信号値と前記複数の第２信号値のうち外れ値であると特定された第２信号値とに基づかず外れ値以外の第１信号値と第２信号値とに基づいて、前記画素アレイへの放射線照射の有無を判定する処理部と、を備えることを特徴とする放射線撮像装置を提供する。

上記手段により、放射線撮像装置への放射線照射に関する誤検知を低減できる。

第１実施形態の放射線撮像システムの構成例を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像装置の構成例を説明する図。 第１実施形態のバイアス電源の構成例を説明する図。 第１実施形態の放射線撮像システムの動作例を説明するフローチャート。 第１実施形態の放射線撮像システムの動作例を説明するタイミングチャート。 第１実施形態の放射線撮像システムの動作例を説明するタイミングチャート。 第４実施形態の放射線撮像装置の構成例を説明する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一又は同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。本明細書において、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線及びγ線、並びにこれらと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、宇宙線なども含む。

＜第１実施形態＞
図１のブロック図を参照して、第１実施形態に係る放射線撮像システムの構成例について説明する。放射線撮像システムは、例えば、放射線発生装置１０と、放射線制御装置２０と、コンピュータ３０と、放射線撮像装置４０と、を有する。放射線発生装置１０は、放射線を発生し、放射線撮像装置４０へ向けて照射する。放射線制御装置２０は、放射線発生装置１０による放射線の照射開始及び照射停止を制御する。放射線撮像装置４０は、放射線発生装置１０と放射線撮像装置４０との間に配置された被写体の情報を含む放射線画像を生成し、コンピュータ３０へ送信する。コンピュータ３０は、放射線画像の表示や、放射線撮像装置４０の動作の制御を行う。

放射線撮像装置４０は、例えば、二次元検出器４１と、バイアス電源４２と、処理部４３と、駆動制御部４４と、を含む。二次元検出器４１は、被写体の情報を含む放射線に基づいて放射線画像を生成する。バイアス電源４２は、二次元検出器４１にバイアス電圧を供給するとともに、二次元検出器４１のバイアス線に流れる電流に関する情報（電流情報）を処理部４３に供給する。処理部４３は、バイアス電源４２からの電流情報に基づいて、放射線撮像装置４０に放射線が照射されているかに関する情報（以下、放射線情報）を生成し、駆動制御部４４に供給する。処理部４３は、例えばＦＰＧＡやＤＳＰのようなプロセッサを含むデジタル信号処理回路で構成されてもよいし、サンプルホールド回路やオペアンプなどのアナログ回路で構成されてもよい。処理部４３は、放射線撮像装置４０に含まれる代わりにコンピュータ３０に含まれてもよい。駆動制御部４４は、二次元検出器４１の駆動を制御する。例えば、駆動制御部４４は、コンピュータ３０からの指示に従って、放射線撮像装置４０の駆動タイミングを制御する。

図２の等価回路図を参照して、放射線撮像装置４０の全体構成例について説明する。二次元検出器４１は、画素アレイ１０１と、駆動回路（駆動部）１０２と、読み出し回路１０３と、を含む。放射線撮像装置４０は、図１で示した構成要素に加えて、信号処理部（プロセッサ）１０５と、基準バイアス電位発生回路１０６と、を含む。

画素アレイ１０１は、複数の行および複数の列を構成するように二次元状に配列された複数の画素ＰＩＸを有する。図２に示す例では、画素ＰＩＸが３行×３列を構成するように配列されているが、実際には、より多くの行および列を構成するように、より多くの画素ＰＩＸが配列される。例えば１７インチの放射線撮像装置では約２８００行×約２８００列の画素を有する。各画素ＰＩＸは、放射線を電荷に変換する変換素子２０１と、その電荷に応じた電気信号を信号線Ｓｉｇに出力するスイッチ素子Ｔとを含み、放射線を検知するように構成される。画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔは、当該画素ＰＩＸの変換素子２０１を、当該画素ＰＩＸを含む列に対して配置された信号線Ｓｉｇに接続する。

変換素子２０１は、例えば、光を電荷に変換する光電変換素子Ｓと、放射線を光電変換素子が検知可能な波長の光に変換する波長変換体（シンチレータ）とを含む間接型の変換素子でありうる。または、変換素子２０１は、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子でありうる。光電変換素子Ｓは、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板の上に配置された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でありうる。変換素子２０１の光電変換素子がＰＩＮ型フォトダイオードである場合、変換素子２０１は、容量Ｃｓを有しうる。変換素子２０１は、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ＭＩＳ型フォトダイオードであってもよい。

スイッチ素子Ｔは、制御端子と２つの主端子とを有するトランジスタ、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）でありうる。変換素子２０１の一方の電極はスイッチ素子Ｔの２つの主端子の一方の電極に電気的に接続され、変換素子２０１の他方の電極は共通のバイアス線Ｖｓに電気的に接続される。バイアス線Ｖｓには、バイアス電源４２からバイアス電位が供給される。すなわち、バイアス線Ｖｓは、画素アレイ１０１内の複数の画素ＰＩＸの変換素子２０１にバイアス電位を与えるための導電線である。

スイッチ素子Ｔの制御端子（ゲート）は、駆動回路１０２によって駆動される駆動線Ｇに接続されている。放射線撮像装置４０は複数の駆動線Ｇを有しており、画素アレイ１０１の各行に対して１つの駆動線Ｇが配置される。駆動回路１０２は、画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔの制御端子に駆動信号を供給する。駆動信号は、スイッチ素子Ｔを導通状態にするオン電圧と、スイッチ素子Ｔを非導通状態にするオフ電圧との２つのレベルの電圧を含む。駆動回路１０２が駆動線Ｇを通じてスイッチ素子Ｔの制御端子にオン電圧を供給することによって、選択された行の画素ＰＩＸの変換素子２０１に蓄積されていた電荷に応じた信号が複数の信号線Ｓｉｇに並列に出力される。

信号線Ｓｉｇに出力された信号は、読み出し回路１０３によって読み出される。読み出し回路１０３は、複数の増幅回路２０７と、マルチプレクサ２０８とを含む。複数の増幅回路２０７は、１つの増幅回路２０７が１つの信号線Ｓｉｇに対応するように設けられている。複数の信号線Ｓｉｇに並列に出力されてくる選択された行の画素ＰＩＸの信号は、複数の増幅回路２０７によって並列に増幅される。

各増幅回路２０７は、例えば、積分増幅器２０３と、積分増幅器２０３からの信号を増幅する可変増幅器２０４と、可変増幅器２０４からの信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路２０５と、バッファアンプ２０６とを含みうる。積分増幅器２０３は、例えば、信号線Ｓｉｇに出力された信号と基準電源１０７からの基準電位Ｖｒｅｆ１との差分を増幅する演算増幅器と、積分容量と、リセットスイッチとを含みうる。積分増幅器２０３は、積分容量の値を変えることで増幅率を変更することができる。演算増幅器の反転入力端子には、信号線Ｓｉｇに出力された信号が供給され、非反転入力端子には、基準電源１０７から基準電位Ｖｒｅｆ１が供給され、出力端子は、可変増幅器２０４の入力端子に接続されている。積分容量およびリセットスイッチは、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続されている。サンプルホールド回路２０５は、例えば、サンプリングスイッチと、サンプリング容量とによって構成されうる。

マルチプレクサ２０８は、複数の信号線Ｓｉｇにそれぞれ対応する複数の増幅回路２０７から並列に読み出された信号を順次に選択して出力する。読み出し回路１０３は、マルチプレクサ２０８からの信号をバッファリングするバッファ増幅器２０９を含みうる。バッファ増幅器２０９は、インピーダンス変換器として機能しうる。読み出し回路１０３は、ＡＤ変換器２１０を有しうる。ＡＤ変換器２１０は、例えば、バッファ増幅器２０９から出力されたアナログの信号をデジタル信号に変換するように配置されうる。

読み出し回路１０３から出力された信号は、信号処理部１０５に提供されうる。信号処理部１０５は、読み出し回路１０３から出力された信号を処理してコンピュータ３０に供給するように構成されうる。信号処理部１０５は、図２に示されるように放射線撮像装置４０に内蔵されてもよいし、放射線撮像装置４０の外部装置として提供されてもよい。

駆動制御部４４は、放射線撮像装置４０全体の動作を制御し、例えば駆動回路１０２を制御する制御信号や読み出し回路１０３を制御する制御信号などを生成する。図２では駆動制御部４４から各回路への接続を表す線を省略する。駆動回路１０２は、駆動制御部４４からの制御信号に応じて、信号を読み出すべき行の画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔを導通状態にする。駆動制御部４４が読み出し回路１０３を制御するための制御信号は、例えば、リセット信号ＲＣ、サンプルホールド信号ＳＨ、クロック信号ＣＬＫを含みうる。リセット信号ＲＣは積分増幅器２０３のリセットスイッチを制御する信号、サンプルホールド信号ＳＨはサンプルホールド回路２０５を制御する信号、クロック信号ＣＬＫはマルチプレクサ２０８を制御する信号である。

図３の等価回路図を参照して、バイアス電源４２について説明する。バイアス電源４２は、バイアス線Ｖｓに流れる電流（以下、バイアス電流Ｉ＿Ｖｓ）を検知し、該電流を表すバイアス電流信号ＶＳＤを電流情報として処理部４３に提供する。すなわち、バイアス電源４２はバイアス電流信号ＶＳＤを取得する取得部として機能しうる。バイアス電源４２は、例えば、電流電圧変換アンプ３１０と、電圧増幅アンプ３２０と、フィルタ回路３３０と、ＡＤ変換器３４０とを含みうる。電流電圧変換アンプ３１０は、バイアス線Ｖｓに流れる電流を電圧に変換する。電圧増幅アンプ３２０は、電流電圧変換アンプ３１０から出力される信号（電圧信号）を増幅する。フィルタ回路３３０は、電圧増幅アンプ３２０から出力された信号の帯域を制限するフィルタであり、例えば、ローパスフィルタでありうる。ＡＤ変換器３４０は、フィルタ回路３３０から出力された信号（アナログ信号値）をデジタル信号値に変換したバイアス電流信号ＶＳＤを処理部４３に供給する。

バイアス電源４２、具体的にはその電流電圧変換アンプ３１０は、バイアス線Ｖｓに流れる電流を検知するほか、基準バイアス電位発生回路１０６から与えられる基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆに応じた電位をバイアス線Ｖｓに供給する。電流電圧変換アンプ３１０は、トランスインピーダンスアンプでありうる。電流電圧変換アンプ３１０は、例えば、演算増幅器３１１と、演算増幅器３１１の反転入力端子（第２入力端子）と出力端子との間に配置されたフィードバック経路とを含む。演算増幅器３１１の非反転入力端子（第１入力端子）には、基準バイアス電位Ｖｓ＿ｒｅｆが与えられる。フィードバック経路は、例えば、演算増幅器３１１の反転入力端子と出力端子とを抵抗Ｒｆで短絡する経路を含みうる。抵抗Ｒｆには、位相補償容量Ｃｆが並列に接続されうる。電圧増幅アンプ３２０は、計装アンプ３２１と、ゲイン設定抵抗Ｒｇとを含みうる。

図４のフローチャートおよび図５のタイミング図を参照して、放射線撮像装置４０の動作を説明する。放射線撮像装置４０の動作は、初期化動作と、蓄積動作と、読み出し動作と、を含む。初期化動作は、画素アレイ１０１の複数の画素ＰＩＸを行単位で初期化する動作である。蓄積動作は、画素アレイ１０１の各画素ＰＩＸにおいて放射線の照射によって発生する電荷を蓄積する動作である。読み出し動作は、画素アレイ１０１への放射線の照射によって画素アレイ１０１の各画素ＰＩＸに蓄積された電荷に応じた信号を画素アレイ１０１から読み出し、画像（画像信号）として出力する動作である。

初期化動作から蓄積動作へは、バイアス電源４２から出力されるバイアス電流信号ＶＳＤに基づいて処理部４３が放射線撮像装置４０への放射線の照射の開始を検知することに応じて移行する。蓄積動作から読み出し動作へは、例えば、蓄積動作の開始から所定時間が経過したことに応じて移行してもよいし、バイアス電流信号ＶＳＤに基づいて処理部４３が放射線撮像装置４０への放射線の照射の終了を検知することに応じて移行してもよい。

ステップＳ４１０において、駆動制御部４４は、初期化動作を開始する。初期化動作では、駆動制御部４４は、第１行から最終行までの駆動線Ｇに循環的にオン電圧を供給するとともに、リセット信号ＲＣをアクティブレベルにする動作を繰り返す。ここで、リセット信号ＲＣがアクティブレベルにされると、積分増幅器２０３はボルテージフォロワ状態となり、基準電位Ｖｒｅｆ１が信号線Ｓｉｇに供給される。この状態で、駆動線Ｇにオン電圧が供給された行のスイッチＴが導通状態となり、変換素子２０１の容量Ｃｓに蓄積されていた電荷が初期化される。図４において、Ｖｇ（０）、Ｖｇ（１）、Ｖｇ（２）、・・・、Ｖｇ（Ｙｓ）、Ｖｇ（Ｙｓ＋１）、・・・Ｖｇ（Ｙ－１）は、画素アレイ１０１の第１行から最終行の駆動線Ｇに供給される駆動信号を示している。Ｙは画素アレイ１０１の行数、すなわち駆動線Ｇの本数を表す。かっこ内の数字は、画素アレイ１０１の一端から数えた行数を表す。最初の行を０番目とする。以下では、駆動制御部４４が、ある駆動線Ｇに対して連続してオン電圧を供給する動作（すなわち、駆動信号をオフ電圧からオン電圧に切り替え、再びオフ電圧に切り替えるまでの動作）をこの駆動線Ｇに対する１回の初期化動作と呼ぶ。また、ある駆動線Ｇに対して初期化動作が開始されてから、この駆動線Ｇに対して次の初期化動作が開始されるまでの期間をフレームと呼ぶ。図４の例では、１フレームにＹ回の初期化動作が行われ、１回の初期化動作で１行の画素が初期化される。

初期化動作が繰り返し実行される期間において、バイアス電源４２は、画素アレイ１０１への放射線の照射量に相関のある情報を検知し、該情報に対応する検知信号を処理部４３に供給する。本実施形態では、バイアス電源４２は、画素アレイ１０１への放射線の照射量に相関のある情報として、バイアス線Ｖｓに流れる電流Ｉ＿Ｖｓを検知し、該情報に対応する検知信号として、該電流を示すバイアス電流信号ＶＳＤを処理部４３に供給する。

初期化動作中に、ステップＳ４２０において、処理部４３は、放射線の検知処理を行う。具体的に、処理部４３は、バイアス電流信号ＶＳＤに基づいて放射線情報を算出し、この放射線情報に基づいて画素アレイ１０１への放射線の照射の開始を判定する。本実施形態では１回の初期化動作ごとに処理部４３が１回の検知処理を行う場合を扱うが、処理部４３は複数回の初期化動作ごとに１回の検知処理を行ってもよい。

駆動制御部４４は、画素アレイ１０１への放射線の照射の開始が検知されるまで、初期化動作の反復を継続する（ステップＳ４７０）。駆動制御部４４は、画素アレイ１０１への放射線の照射の開始を検知すると（ステップＳ４２０においてＹＥＳ）、ステップＳ４３０において蓄積動作を開始する。すなわち、駆動制御部４４は、放射線の照射の開始を検知すると（図４には、「照射開始検知」として示されている。）、初期化動作から蓄積動作に移行する。図５の例では、Ｙｓ番目の行で初期化動作が中止され、蓄積動作に移行する。ステップＳ４２０における検知処理の詳細については後述する。

蓄積動作中に、駆動制御部４４は、ステップＳ４４０において、放射線の照射の終了を判定する。放射線の終了の判定方法は特に限定されない。例えば、蓄積動作の開始から所定時間が経過したことによって放射線の照射が終了したものと判定することができる。これに代えて、駆動制御部４４は、バイアス電流信号ＶＳＤに基づいて画素アレイ１０１への放射線の照射の終了を検知することができる。

駆動制御部４４は、画素アレイ１０１への放射線の照射が終了したと判定するまで蓄積動作を継続する（ステップＳ４８０）。駆動制御部４４は、画素アレイ１０１への放射線の照射が終了したと判定すると（ステップＳ４４０においてＹＥＳ）、ステップＳ４５０において、読み出し動作を開始する。すなわち、駆動制御部４４は、放射線の照射が終了したと判定すると（図４には、「照射終了検知」として示されている。）、蓄積動作から読み出し動作に移行する。読み出し動作では、画素アレイ１０１の先頭行の画素から最終行の画素まで順番に信号が読み出される。

図６のタイミング図を参照して、放射線照射の有無の検出方法について詳細に説明する。図６は、図５で説明した初期化動作が行われる期間の一部に着目した図である。図６に示される期間において、放射線撮像装置４０へ放射線が照射されないとする。そのため、バイアス電流に、放射線に起因する成分は含まれない。バイアス電流は、スイッチングノイズに起因する成分と、高周波の外来ノイズに起因する成分と、低周波の外来ノイズに起因する成分とを含む。スイッチングノイズとは、スイッチ素子Ｔの導通・非導通を切り替えることによってバイアス線Ｖｓに流れる電流のことである。低周波の外来ノイズとは、商用電源から混入するノイズ（５０～６０Ｈｚ）や、筺体に圧力や衝撃が加えられた際に生じるノイズなどのように、周波数が低いノイズのことである。高周波の外来ノイズとは、例えば二次元検出器４１に与えられた静電気などによって発生する周波数が高いノイズのことである。例えば、放射線撮像装置４０の外装に印可された静電気がバッテリーなどを介して電気基板に伝わり、バイアス電源回路に大きな電流・電圧変動を発生させることがある。静電気による電流・電圧の変動は高周波でパルス状に発生するため、図６に示すように、オン電圧・オフ電圧の切り替え周期よりも短い期間に高周波の外来ノイズが発生する。

処理部４３は、複数の駆動線Ｇのそれぞれについて、駆動線Ｇに連続してオン電圧が供給されている期間にバイアス線Ｖｓを流れるバイアス線電流を表す信号値を取得する。ｉ番目（０≦ｉ≦Ｙ－１）の駆動線Ｇに対するこの信号値をＳ（ｉ）で表す。図６の例で、処理部４３は、時刻ｔ１～ｔ４におけるバイアス線電流を表す信号値Ｓ（ｋ）を取得する。また、処理部４３は、ｉ番目の駆動線Ｇにオン電圧を供給し終わってからｉ＋１番目の駆動線Ｇにオン電圧を供給し始めるまでの期間（この期間には何れの駆動線Ｇにもオン電圧が供給されない）のバイアス線電流を表す信号値を取得する。Ｓ（ｉ）とＳ（ｉ＋１）との間に取得されるこの信号値をＮ（ｉ）で表す。図６の例で、処理部４３は、時刻ｔ４～ｔ５におけるバイアス線電流を表す信号値Ｎ（ｋ）を取得する。画素アレイ１０１に放射線が照射されている場合に、信号値Ｓ（ｉ）は放射線に起因する成分を含む。そこで、処理部４３は、信号値Ｓ（ｉ）に基づいて放射線照射の有無を検出する。上述のように、信号値Ｓ（ｉ）は様々なノイズ成分を含む。そこで、以下に説明する処理によって、処理部４３は、信号値Ｓ（ｉ）に含まれるノイズを低減する。

まず、高周波の外来ノイズを低減するための処理について説明する。処理部４３は、複数の駆動線Ｇの少なくとも１つに連続してオン電圧が供給されている期間内の複数の時点のそれぞれにおいてバイアス線Ｖｓに流れるバイアス電流を表す信号値を取得することによって、複数の信号値を取得する。処理部４３は、得られた複数の信号値における外れ値を特定する。その後、処理部４３は、複数の信号値のうち外れ値であると特定された信号値に基づかず外れ値以外の信号値に基づいて、画素アレイ１０１への放射線照射の有無を判定する。

以下、上記の処理について具体的に説明する。処理部４３は、ｋ番目の駆動線Ｇに連続してオン電圧が供給されている期間（図６では時刻ｔ１～ｔ２）の複数の時点（図６の例では５つ）のそれぞれにおいて、バイアス電流信号ＶＳＤの値を取得する。以下、この５つの値を信号値ｓ（０）～ｓ（４）と表す。また、１つの駆動線Ｇに連続してオン電圧が供給されている期間をオン期間と呼ぶ。１つのオン期間にバイアス電流信号ＶＳＤの値を取得する時点は５に限られず、他の個数であってもよい。

高周波の外来ノイズが印加されている時間（図の例では時刻ｔ２～ｔ３）は、１つのオン期間よりも短い。そのため、信号値Ｓ（ｋ）と信号値Ｎ（ｋ）との差分を取った場合に、低周波の外来ノイズは低減できるが、このような高周波の外来ノイズは低減できない。そのため、放射線照射の誤検知が発生する可能性がある。

高周波の外来ノイズが発生した時刻ｔ２～ｔ３に対して信号値ｓ（３）が取得される。信号値ｓ（３）は、他の信号値ｓ（０）～ｓ（２）及びｓ（４）と比較して統計的に有意に大きくなる。そこで、処理部４３は、信号値ｓ（３）を外れ値であると特定する。外れ値とは、統計用語であり、他の値から大きく外れた値のことである。

一例において、処理部４３は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）のうち基準範囲に含まれない信号値Ｓ（３）を外れ値であると特定する。外来ノイズは負の極性を有しうるため、基準範囲は上限値だけでなく下限値を有していてもよい。この場合に、処理部４３は、上限値以下かつ下限値以上の範囲に含まれない信号値を外れ値として特定する。

基準範囲は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に基づいて統計的に決定されてもよい。例えば、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）の平均値をμとし、標準偏差をσとすると、３σ法に従って、基準範囲はμ－３σ以上μ＋３σ以下の範囲であってもよい。これに代えて、処理部４３は、３σを標準偏差の他の倍数に設定してもよい。さらに、処理部４３は、外れ値検定などの他の手法を用いて外れ値を特定してもよい。基準範囲は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に基づかずに事前に決定されてもよい。

処理部４３は、外れ値を特定した後、外れ値であると特定された信号値ｓ（３）以外の信号値ｓ（０）～ｓ（２）及びｓ（４）に基づいて信号値Ｓ（ｋ）を算出する。例えば、処理部４３は、これらの信号値ｓ（０）～ｓ（２）及びｓ（４）の加算平均（すなわち、｛ｓ（０）＋ｓ（１）＋ｓ（２）＋ｓ（４）｝／４））を信号値Ｓ（ｋ）としてもよい。処理部４３は、信号値ｓ（０）～ｓ（４）に外れ値が含まれない場合に、信号値ｓ（０）～ｓ（４）の加算平均を信号値Ｓ（ｋ）とする。このように、外れ値の有無にかかわらず同一の演算処理でＳ（ｋ）を行うことによって、異なるフレームに含まれるＳ（ｋ）同士を比較することに対する影響が低減する。言い換えると、本実施形態で、処理部４３は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に外れ値が含まれない場合に複数の信号値に施す演算処理を、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）のうち外れ値以外の信号値ｓ（０）～ｓ（２）及びｓ（４）に施す。処理部４３は、これによって、画素アレイ１０１への放射線照射の有無を判定するための情報Ｓ（ｋ）を生成する。

上述の処理で、処理部４３は、信号値Ｓ（ｋ）を生成するための複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値を除外した。処理部４３は、信号値Ｎ（ｋ）の生成においても同様の処理を行ってもよい。具体的に、処理部４３は、複数の駆動線Ｇの何れにも連続してオン電圧が供給されていない期間内の複数の時点のそれぞれにおいてバイアス線に流れる電流を表す信号値ｎ（０）～ｎ（４）を取得することによって、複数の第２信号値を取得する。処理部４３は、複数の信号値ｎ（０）～ｎ（４）における外れ値を特定する。その後、処理部４３は、複数の信号値ｎ（０）～ｎ（４）のうち外れ値であると特定された信号値に基づかず外れ値以外の信号値に基づいて、信号値Ｎ（ｋ）を算出する。以下に説明するように、信号値Ｎ（ｋ）も画素アレイ１０１への放射線照射の有無を判定するために用いられる情報である。

上記の説明では、基準範囲の算出を、１つのオン期間における信号値ｓ（０）～ｓ（４）に基づいて行った。これに代えて、基準範囲は、高周波の外来ノイズが印加されていない状態で取得されたバイアス電流を元に予め設定された値であってもよいし、ｎフレーム前（ｎは任意の自然数）のデータを使用して算出されてもよい。信号値ｓ（０）～ｓ（４）の平均値の代わりに、ｎフレーム前のバイアス電流の値の１つを使用してもよい。処理部４３は、静電気のような高周波の外来ノイズに起因する外れ値を特定する際に、同じ画素行のデータを使用しなくてもよく、同じフレーム又はｎフレーム前の任意の別の画素行のバイアス電流の値を使用してもよい。また、処理部４３は、統計的に基準範囲を設定するための平均値や標準偏差などのパラメータを同じフレーム及び同じ画素行のデータから算出しなくてもよく、パラメータごとに異なるフレームや異なる画素行のデータから算出してもよい。

続いて、低周波の外来ノイズを低減するための処理について説明する。低周波の外来ノイズは時間変動が少ないため、近い時刻に取得された信号値Ｓ（ｋ）と信号値Ｎ（ｋ）との差分を取ることによって低減される。そこで、処理部４３は、以下の式の何れかに従って低周波の外来ノイズを低減する。信号値Ｘ１（ｋ）は、低周波の外来ノイズが低減された放射線信号を表す。

Ｘ１（ｋ）＝Ｓ（ｋ）－Ｎ（ｋ）
Ｘ１（ｋ）＝Ｓ（ｋ）－Ｎ（ｋ－１）
Ｘ１（ｋ）＝Ｓ（ｋ）－｛Ｎ（ｋ）＋Ｎ（ｋ－１）｝／２
上記の式に代えて、処理部４３は、Ｘ（ｋ）を算出するためにＳ（ｋ－１）やＮ（ｋ－２）のような隣接しない駆動線Ｇに対する信号値を使用してもよいし、他の演算処理（四則演算や微積分）を行ってもよい。

続いて、スイッチングノイズを低減するための処理について説明する。スイッチングノイズの量は、スイッチ素子Ｔに供給される駆動信号がオン電圧であるかオフ電圧であるかによって異なり、駆動信号がどの駆動線Ｇに供給されるかによっても異なる。一方、スイッチングノイズの時間変動は小さい。そこで、処理部４３は、上述のＸ１（ｋ）から、１フレーム前に得られたＸ１（ｋ）を減算することによってスイッチングノイズを低減する。具体的に、処理部４３は、以下の式に従ってスイッチングノイズを低減する。信号値Ｘ２（ｋ）は、スイッチングノイズが低減された放射線信号を表す。

Ｘ２（ｋ）＝Ｘ１（ｋ）－（１フレーム前のＸ１（ｋ））
このようにして得られるＸ２（ｋ）では、高周波の外来ノイズ、低周波の外来ノイズ及びスイッチングノイズの何れも低減されている。処理部４３は、Ｘ２（ｋ）を所定の閾値と比較することによって、画素アレイ１０１に放射線が照射されているか否かを判定する。

電流電圧変換アンプ３１０の応答速度によっては、スイッチ素子Ｔの導通状態が切り替わってから、バイアス電流が変化するまでの遅延が無視できないことがある。このような場合に、処理部４３は、スイッチ素子Ｔの導通からｓ（０）のサンプリングを開始する時間をシフトしてもよい。また、駆動信号がオン電圧に変化してからスイッチ素子Ｔが導通状態に切り替わるまで間は、放射線による信号が十分に出力されない。そこで、処理部４３は、このような区間の信号値を無視してもよい。信号値Ｎ（ｋ）の取得についても同様である。

ＡＤ変換器３４０のサンプル・ホールドタイミングが一定でない場合に、スイッチングノイズ波形のサンプリング位置にズレが生じことがある。そのため、異なるフレームの信号値Ｓ（ｋ）及び信号値Ｎ（ｋ）の差分を取った場合にノイズを生じることがある。特に、スイッチングノイズが放射線信号に比べて大きい場合に、わずかな位置ズレでも大きなノイズが生じる可能性がある。そこで、スイッチ素子Ｔの導通・非導通を切り替えるタイミングとＡＤ変換器３４０のサンプル・ホールドタイミングの間の時間を同期してもよい。具体的に、駆動制御部４４は、共通のクロックからスイッチ素子Ｔの導通・非導通を切り替えるタイミングと、ＡＤ変換器３４０のサンプル・ホールドタイミングを生成してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る放射線撮像システムについて説明する。第２実施形態は、信号値Ｓ（ｋ）及び信号値Ｎ（ｋ）の算出方法が第１実施形態と異なる。他の点は同様であってもよいため、重複する説明を省略する。信号値Ｎ（ｋ）の算出方法は信号値Ｓ（ｋ）の算出方法と同様であってもよいため、以下では信号値Ｓ（ｋ）の算出方法について説明する。

第１実施形態と同様に、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）のうち信号値ｓ（３）が外れ値として特定されたとする。第１実施形態では、外れ値以外の信号値ｓ（０）～ｓ（２）及びｓ（４）の算出平均を信号値Ｓ（ｋ）とした。これに代えて、第２実施形態では、外れ値として特定された信号値ｓ（ｋ）を他の値ｓ＿ｓｕｂに置き換えた後に、外れ値がないものとして演算処理を行う。例えば、処理部４３は、これらの信号値ｓ（０）～ｓ（２）及びｓ（４）並びにｓ＿ｓｕｂの加算平均（すなわち、｛ｓ（０）＋ｓ（１）＋ｓ（２）＋ｓ（４）＋ｓ＿ｓｕｂ｝／５））を信号値Ｓ（ｋ）としてもよい。処理部４３は、信号値ｓ（０）～ｓ（４）に外れ値が含まれない場合に、信号値ｓ（０）～ｓ（４）の加算平均を信号値Ｓ（ｋ）とする。このように、外れ値の有無にかかわらず同一の演算処理でＳ（ｋ）を行うことによって、異なるフレームに含まれるＳ（ｋ）同士を比較することに対する影響が低減する。言い換えると、本実施形態で、処理部４３は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に外れ値が含まれない場合に複数の信号値に施す演算処理を、外れ値であると特定された信号値ｓ（３）を他の値ｓ＿ｓｕｂに置き換えた後の複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に施す。これによって、処理部４３は、画素アレイ１０１への放射線照射の有無を判定するための情報Ｓ（ｋ）を生成する。

ｓ＿ｓｕｂは、ｎフレーム（ｎは任意の自然数）前に取得されたｓ（３）の値（すなわち、ｋ番目の行のオン期間の４番目に得られた信号値）であってもよい。また、ｎフレーム（ｎは任意の自然数）前に取得されたｓ（ｋ）の値であってもよい。これに代えて、ｓ＿ｓｕｂは、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）のうち外れ値でないと特定された信号値（又はその一部の信号値）の算術平均（すなわち、｛ｓ（０）＋ｓ（１）＋ｓ（２）＋ｓ（４）｝／４））であってもよい。

ｓ＿ｓｕｂは、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に基づかない事前に設定された値であってもよい。例えば、高周波の外来ノイズが印加されていない状態で取得された電流データを元に予め設定された値であってもよい。外れ値として特定された信号値が複数の場合に、それぞれの信号値について同一の値ｓ＿ｓｕｂが使用されてもよいし、信号値ごとに異なる値が使用されてもよい。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る放射線撮像システムについて説明する。第３実施形態は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法が第１実施形態と異なる。他の点は同様であってもよいため、重複する説明を省略する。複数の信号値ｎ（０）～ｎ（４）における外れ値の特定方法は複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法と同様であってもよいため、以下では複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法について説明する。

第１実施形態及び第２実施形態で、処理部４３は、信号値ｓ（０）～ｓ（４）に基づいて外れ値を特定した。第３実施形態で、処理部４３は、信号値ｓ（０）～ｓ（４）の変化量に基づいて信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値を特定する。

放射線の照射時間は、通常、駆動信号のオン期間よりも長い。そのため、放射線の照射開始及び照射終了において、１つのオン期間に取得される複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）は、１回のみ大きく変化する。それに対して、高周波の外来ノイズの幅は駆動信号のオン期間よりも短いため、ノイズが発生すると、１つのオン期間に取得される複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）は、２回大きく変化する。

そこで、処理部４３は、１つのオン期間において、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）の変化量ｓ’（ｉ）＝ｓ（ｉ）－ｓ（ｉ－１）が基準範囲に含まれるかどうかを判定する。ある変化量が基準範囲の上限値及び下限値の一方を超え、その後の変化量が上限値及び下限値の他方を超えた場合に、処理部４３は、その間の信号値を外れ値として特定する。例えば、ｓ（２）からｓ（３）への変化量が上限値を超え、ｓ（３）からｓ（４）への変化量が下限値を超えた場合に、処理部４３は、信号値ｓ（３）を外れ値として特定する。外れ値を特定するための信号値の変化量の基準範囲の設定方法は、第１実施形態の信号値の基準範囲の設定方法と同様であってもよいため、重複する説明を省略する。

オン期間の開始直前又は終了間際に高周波の外来ノイズが印加された場合に、１つのオン期間において発生する信号値の大きな変化は１回のみの可能性がある。そのため、処理部４３は、オン期間の開始直後又は終了間際において、１回の大きな変化のみが発生した場合であっても、信号値を外れ値として特定してもよい。

＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る放射線撮像システムについて説明する。第４実施形態は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法が第１実施形態と異なる。他の点は同様であってもよいため、重複する説明を省略する。複数の信号値ｎ（０）～ｎ（４）における外れ値の特定方法は複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法と同様であってもよいため、以下では複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法について説明する。

図７に示すように、本実施形態に係る放射線撮像装置４０は、ノイズセンサ８００を更に備える。ノイズセンサ８００は、例えば静電気によるノイズを検知するための電界センサであり、処理部４３に接続されている。処理部４３は、ノイズセンサ８００を用いて、放射線撮像装置４０に発生しているノイズを検知する。

処理部４３は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）の取得と同期して、ノイズセンサ８００から複数の信号値ｅ（０）～ｅ（４）を取得する。複数の信号値ｅ（０）～ｅ（４）は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）に含まれる高周波の外来ノイズと同様のノイズを有する。そこで、処理部４３は、複数の信号値ｅ（０）～ｅ（４）における外れ値を特定する。その後、処理部４３は、複数の第３信号値ｅ（０）～ｅ（４）のうち外れ値であると特定された信号値ｅ（３）に対応する信号値ｓ（３）を外れ値であると特定する。信号値ｅ（３）に対応する信号値ｓ（３）とは、信号値ｅ（３）と同期して取得された信号値ｓ（３）のことである。外れ値を特定するための信号値ｅ（０）～ｅ（４）の基準範囲の設定方法は、第１実施形態の信号値ｓ（０）～ｓ（４）の基準範囲の設定方法と同様であってもよいため、重複する説明を省略する。

＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る放射線撮像システムについて説明する。第５実施形態は、複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法が第１実施形態と異なる。他の点は同様であってもよいため、重複する説明を省略する。複数の信号値ｎ（０）～ｎ（４）における外れ値の特定方法は複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法と同様であってもよいため、以下では複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）における外れ値の特定方法について説明する。

第１実施形態で、処理部４３は、基準範囲に含まれない信号値を外れ値として特定した。本実施形態で、処理部４３は、１つのオン期間に取得された複数の信号値ｓ（０）～ｓ（４）のうち所定の個数又は所定の比率の信号値を外れ値であると特定する。

例えば、信号値Ｓ（ｋ）及び信号値Ｎ（ｋ）のサンプリング周波数をａＨｚ（数ＭＨｚ程度）とし、想定される高周波の外来ノイズの周波数をｂＨｚ（数ＭＨｚ～数ＧＨｚ）とする。この場合に、処理部４３は、複数の信号値のうち外れ値として特定する信号値の個数Ｘを以下の式に従って算出する。

Ｘ＝ｍａｘ｛１，［ａ／ｂ］｝
ただし、ｍａｘ｛｝は引数のうちの小さくない方の表す関数であり、［］はフロア関数である。これに代えて、個数Ｘは事前に設定された値であってもよい。

想定される高周波の外来ノイズの周波数は、事前に設定されてもよいし、ノイズセンサ８００から出力されたデータに基づいて算出されてもよい。処理部４３は、このようにして決定された個数の信号値を、平均値からの距離が大きいものから順に外れ値として特定する。

上述の各実施形態の一部の動作は、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。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０ 放射線発生装置、２０ 放射線制御装置、３０ コンピュータ、４０放射線撮像装置

Claims (11)

1. 放射線を電荷に変換する変換素子及び前記変換素子を信号線に接続するスイッチ素子を含む複数の画素が複数の行および複数の列を構成するように配列された画素アレイと、
   前記複数の画素の前記変換素子にバイアス電位を与えるためのバイアス線と、
   前記複数の画素の前記スイッチ素子の制御端子に、前記スイッチ素子を導通状態にするオン電圧を供給するための複数の駆動線と、
   ある１つ以上の駆動線へ前記オン電圧を供給した後、時間をおいて、別の１つ以上の駆動線へ前記オン電圧を供給することによって、前記複数の駆動線に循環的に前記オン電圧を供給する駆動部と、
   前記複数の駆動線の少なくとも１つに連続して前記オン電圧が供給されている期間内の複数の時点のそれぞれにおいて前記バイアス線に流れる電流を表す第１信号値を取得することによって複数の第１信号値を取得し、前記複数の駆動線の何れにも連続して前記オン電圧が供給されていない期間内の複数の時点のそれぞれにおいて前記バイアス線に流れる電流を表す第２信号値を取得することによって複数の第２信号値を取得する取得部と、
   前記複数の第１信号値における外れ値と前記複数の第２信号値における外れ値とを特定し、前記複数の第１信号値のうち外れ値であると特定された第１信号値と前記複数の第２信号値のうち外れ値であると特定された第２信号値とに基づかず外れ値以外の第１信号値と第２信号値とに基づいて、前記画素アレイへの放射線照射の有無を判定する処理部と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記処理部は、前記複数の第１信号値のうち基準範囲に含まれない第１信号値を外れ値であると特定することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記基準範囲は、前記複数の第１信号値に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記処理部は、前記複数の第１信号値の変化量に基づいて前記複数の第１信号値における外れ値を特定することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
5. 前記処理部は、前記複数の第１信号値のうち所定の個数又は所定の比率の第１信号値を外れ値であると特定することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
6. 前記処理部は、前記複数の第１信号値に外れ値が含まれない場合に前記複数の第１信号値に施す演算処理を、前記複数の第１信号値のうち外れ値以外の第１信号値に施すことによって、前記画素アレイへの放射線照射の有無を判定するための情報を生成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 前記処理部は、前記複数の第１信号値に外れ値が含まれない場合に前記複数の第１信号値に施す演算処理を、外れ値であると特定された第１信号値を他の値に置き換えた後の前記複数の第１信号値に施すことによって、前記画素アレイへの放射線照射の有無を判定するための情報を生成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
8. 前記演算処理は、加算平均を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の放射線撮像装置。
9. 前記放射線撮像装置は、ノイズを検知するためのセンサを更に備え、
   前記取得部は、前記複数の第１信号値の取得と同期して前記センサから複数の第３信号値を取得し、
   前記処理部は、
   前記複数の第３信号値における外れ値を特定し、
   前記複数の第３信号値のうち外れ値であると特定された第３信号値に対応する第１信号値を外れ値であると特定する
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置から出力される信号を処理するプロセッサと
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
11. 放射線撮像装置の制御方法であって、前記放射線撮像装置は、
    放射線を電荷に変換する変換素子及び前記変換素子を信号線に接続するスイッチ素子を含む複数の画素が複数の行および複数の列を構成するように配列された画素アレイと、
    前記複数の画素の前記変換素子にバイアス電位を与えるためのバイアス線と、
    前記複数の画素の前記スイッチ素子の制御端子に、前記スイッチ素子を導通状態にするオン電圧を供給するための複数の駆動線と、
    ある１つ以上の駆動線へ前記オン電圧を供給した後、時間をおいて、別の１つ以上の駆動線へ前記オン電圧を供給することによって、前記複数の駆動線に循環的に前記オン電圧を供給する駆動部と、を備え、
    前記制御方法は、
    前記複数の駆動線の少なくとも１つに連続して前記オン電圧が供給されている期間内の複数の時点のそれぞれにおいて前記バイアス線に流れる電流を表す第１信号値を取得することによって複数の第１信号値を取得し、前記複数の駆動線の何れにも連続して前記オン電圧が供給されていない期間内の複数の時点のそれぞれにおいて前記バイアス線に流れる電流を表す第２信号値を取得することによって複数の第２信号値を取得する取得工程と、
    前記複数の第１信号値における外れ値と前記複数の第２信号値における外れ値とを特定し、前記複数の第１信号値のうち外れ値であると特定された第１信号値と前記複数の第２信号値のうち外れ値であると特定された第２信号値とに基づかず外れ値以外の第１信号値と第２信号値とに基づいて、前記画素アレイへの放射線照射の有無を判定する処理工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。