JP2010263517A - 放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出手段により発生するノイズの影響を的確に低減し、適切な放射線画像を得ることが可能な放射線画像撮影装置を提供する。
【解決手段】放射線画像撮影装置１は、互いに交差するように配設された走査線５と信号線６で区画された各領域ｒに二次元状に配列された複数の放射線検出素子７と、放射線検出素子７ごとに配置され、走査線５に印加される電圧に応じてオフ状態とオン状態とが切り替えられ、オフ状態では放射線検出素子７内の電荷Ｑを保持し、オン状態では放射線検出素子７から電荷Ｑを放出させるスイッチ手段８と、放射線検出素子７から放出された電荷Ｑを電圧に変換する増幅回路１８と、増幅回路１８に電力を供給する電源供給部４１と、電源供給部４１から増幅回路１８に流れる電流を検出する電流検出手段４２と、電流検出手段４２が検出した電流の値に基づいて少なくとも放射線の照射の開始を検出する制御手段２２とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、放射線画像撮影装置に係り、特に、少なくとも放射線の照射の開始を検出することが可能な放射線画像撮影装置に関する。

照射されたＸ線等の放射線の線量に応じて検出素子で電荷を発生させて電気信号に変換するいわゆる直接型の放射線画像撮影装置や、照射された放射線をシンチレータ等で可視光等の他の波長の電磁波に変換した後、変換され照射された電磁波のエネルギに応じてフォトダイオード等の光電変換素子で電荷を発生させて電気信号に変換するいわゆる間接型の放射線画像撮影装置が種々開発されている。なお、本発明では、直接型の放射線画像撮影装置における検出素子や、間接型の放射線画像撮影装置における光電変換素子を、あわせて放射線検出素子という。

このタイプの放射線画像撮影装置はＦＰＤ（Flat Panel Detector）として知られており、従来は支持台（或いはブッキー装置）と一体的に形成されていたが（例えば特許文献１参照）、近年、放射線検出素子等をハウジングに収納した可搬型の放射線画像撮影装置が開発され、実用化されている（例えば特許文献２、３参照）。

ところで、これらの放射線画像撮影装置、特に可搬型の放射線画像撮影装置では、放射線照射装置やシステムを管理するコンピュータ等の外部装置から放射線画像撮影装置に放射線の照射の開始や終了の情報を送信し、それに応じて放射線画像撮影装置で放射線の照射終了後に各放射線検出素子からの画像データの読み出しを行うように構成される場合がある。

しかし、そのためには、放射線照射装置やコンピュータ等と放射線画像撮影装置とのインターフェースをとり、放射線照射装置やコンピュータ等を含むシステム全体で制御構成を構築しなければならず、放射線画像撮影装置が放射線の照射の開始や終了を認識するための構成が大掛かりになる。そのため、放射線の照射の開始や終了を放射線画像撮影装置自体で検出できるように構成することが望ましい。

その際、放射線画像撮影装置にセンサ等を配設して、センサで放射線の照射の開始や終了を検出するように構成することも可能であるが、放射線画像撮影装置内にセンサを配設するためのスペースが必要になり、装置が大型化してしまう。また、センサを設けると、センサを駆動する分だけ多くの電力を消費し、特に可搬型の放射線画像撮影装置では内蔵されたバッテリの消費を招いてしまう等の問題があった。

そこで、後述する図１１に示すように、各放射線検出素子にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を流れる電流を検出し、その電流値の増減で放射線の照射の開始や終了を検出することが提案されている（特許文献４参照）。このように構成すれば、既存の配線等に電流検出手段を設けることで電力消費を抑制した状態で、かつ容易に放射線の照射の開始や終了を検出することが可能となる。

特開平９−７３１４４号公報 特開２００６−０５８１２４号公報 特開平６−３４２０９９号公報 米国特許第７２１１８０３号明細書

しかしながら、上記のような放射線画像撮影装置では、得られる放射線画像の解像度を高くするために各放射線検出素子は小さく形成されるが、個々の放射線検出素子について見た場合、後述する図４に示すように、微細なプロセスで形成されるスイッチ素子（ＴＦＴ）８等に比べて、放射線検出素子７は集光率を高めるために、集光面積が広く形成される。そのため、放射線検出素子７の寄生容量は比較的大きくなる。

このような放射線検出素子７にバイアス電圧（逆バイアス電圧）を印加するバイアス線９に電流検出手段を設けると、電流検出手段で発生したノイズに応じて、比較的大きな寄生容量を有する放射線検出素子７に比較的大きなノイズが重畳された電荷が蓄積される。また、各放射線検出素子７から上記のように比較的大きなノイズが重畳された電荷を読み出す際にもさらにノイズが重畳されるため、ノイズの影響で、最終的に得られる放射線画像の画質、特にその粒状性が悪化してしまう場合があった。

放射線画像の画質が低下し、特にその粒状性が悪化すると、例えば、このような放射線画像を用いて診断を行うような場合に、病変を見落としたり、正常な部分を病変と見誤ったりして誤診を生じる等の不都合を生じる虞れがある。そのため、放射線画像撮影装置には、ノイズの影響ができるだけ排除された適切な画質の放射線画像が得られることが望まれる。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、少なくとも放射線の照射開始等を検出するための電流を検出する電流検出手段により発生するノイズの影響を的確に低減し、適切な放射線画像を得ることが可能な放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、本発明の放射線画像撮影装置は、
互いに交差するように配設された複数の走査線および複数の信号線と、前記複数の走査線および複数の信号線により区画された各領域に二次元状に配列された複数の放射線検出素子と、
前記放射線検出素子ごとに配置され、接続された前記走査線に印加される電圧に応じてオフ状態とオン状態とが切り替えられ、前記オフ状態では前記放射線検出素子内で発生した電荷を保持し、前記オン状態では前記放射線検出素子から前記電荷を放出させるスイッチ手段と、
前記放射線検出素子から放出された前記電荷を電圧に変換する増幅回路と、
前記増幅回路に電力を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から前記増幅回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した前記電流の値に基づいて少なくとも放射線の照射の開始を検出する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明のような方式の放射線画像撮影装置によれば、装置に放射線が照射されると電源供給部から増幅回路に流れる電流が増加する。そのため、電流検出手段を電源供給部と増幅回路とを結ぶ配線上に設け、電流検出手段が検出する電流の増加を検出することで、すくなくとも放射線の照射の開始を的確に検出することが可能となる。

また、このように、電流検出手段を、従来のように放射線検出素子とバイアス電源とを結ぶバイアス線上ではなく、電源供給部と増幅回路とを結ぶ配線上に設けた。そのため、従来の放射線画像撮影装置では、電流検出手段で発生するノイズが、放射線検出素子の大きな寄生容量で増幅され、さらに、リセット時と読み出し時に重畳されて増幅回路で増幅されて増大する場合があったが、本発明のような方式の放射線画像撮影装置によれば、その放射線検出素子や増幅回路による電流検出手段からのノイズの増幅を抑制でき、さらに増幅回路の特性により減衰され圧縮されるため、増幅回路から出力される電圧値に重畳されるノイズを低減することが可能となる。

そのため、照射された放射線の線量に応じて各放射線検出素子に蓄積される電荷に対するノイズの影響が低減され、さらに、各放射線検出素子からの電荷（画像データ）の読み出し処理において電荷が増幅回路で増幅される際に、従来のように電流検出手段で発生するノイズが増幅されないため、最終的に得られる放射線画像の画質へのノイズの影響が低減され、特に放射線画像の粒状性の悪化を的確に防止することが可能となり、ノイズの影響が的確に低減された適切な放射線画像を得ることが可能となる。

各実施形態に係る放射線画像撮影装置を示す斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本実施形態に係る基板の構成を示す平面図である。 図３の基板上の小領域に形成された放射線検出素子とＴＦＴ等の構成を示す拡大図である。 図４におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 ＣＯＦやＰＣＢ基板等が取り付けられた基板を説明する側面図である。 本実施形態に係る放射線画像撮影装置の等価回路を表すブロック図である。 検出部を構成する１画素分についての等価回路を表すブロック図である。 電流検出手段で検出される電流に相当する電圧値の例を表すグラフであり、（Ａ）は放射線の照射が開始された状態、（Ｂ）はＴＦＴをオフ状態とした状態を表す。 電流検出手段で検出される電流に相当する電圧値の例を表すグラフであり、（Ａ）はＴＦＴをオフ状態とした状態、（Ｂ）は放射線の照射が終了された状態を表す。 電流検出手段をバイアス線に設けた従来の放射線画像撮影装置における１画素分についての等価回路を表すブロック図である。 従来の放射線画像撮影装置における各処理で重畳されるノイズやノイズ電荷を説明する図である。 本実施形態に係る放射線画像撮影装置における各処理で重畳されるノイズやノイズ電荷を説明する図である。

以下、本発明に係る放射線画像撮影装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

なお、以下では、放射線画像撮影装置が、シンチレータ等を備え、照射された放射線を可視光等の他の波長の電磁波に変換し光電変換素子で電気信号を得るいわゆる間接型の放射線画像撮影装置である場合について説明するが、本発明は、直接型の放射線画像撮影装置に対しても適用することが可能である。また、放射線画像撮影装置が可搬型である場合について説明するが、支持台等と一体的に形成された放射線画像撮影装置に対しても適用される。

図１は、本実施形態に係る放射線画像撮影装置の外観斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本実施形態に係る放射線画像撮影装置１は、図１や図２に示すように、筐体２内にシンチレータ３や基板４等が収納された可搬型（カセッテ型）の装置として構成されている。

筐体２は、少なくとも放射線の照射を受ける側の面Ｒ（以下、放射線入射面Ｒという。）が放射線を透過するカーボン板やプラスチック等の材料で形成されている。なお、図１や図２では、筐体２がフレーム板２Ａとバック板２Ｂとで形成された、いわゆる弁当箱型である場合が示されているが、筐体２を一体的に角筒状に形成した、いわゆるモノコック型とすることも可能である。

また、図１に示すように、筐体２の側面部分には、電源スイッチ３６や、ＬＥＤ等で構成されたインジケータ３７、図示しないバッテリ４０（後述する図７参照）の交換等のために開閉可能とされた蓋部材３８等が配置されている。また、本実施形態では、蓋部材３８の側面部には、外部と無線で通信するための通信手段であるアンテナ装置３９が埋め込まれている。

また、図２に示すように、筐体２の内部には、基板４の下方側に図示しない鉛の薄板等を介して基台３１が配置され、基台３１には、電子部品３２等が配設されたＰＣＢ基板３３や緩衝部材３４等が取り付けられている。なお、本実施形態では、基板４やシンチレータ３の放射線入射面Ｒには、それらを保護するためのガラス基板３５が配設されている。

シンチレータ３は、基板４の後述する検出部Ｐに貼り合わされるようになっている。シンチレータ３は、例えば、蛍光体を主成分とし、放射線の入射を受けると３００〜８００ｎｍの波長の電磁波、すなわち可視光を中心とした電磁波に変換して出力するものが用いられる。

基板４は、本実施形態では、ガラス基板で構成されており、図３に示すように、基板４のシンチレータ３に対向する側の面４ａ上には、複数の走査線５と複数の信号線６とが互いに交差するように配設されている。基板４の面４ａ上の複数の走査線５と複数の信号線６により区画された各小領域ｒには、それぞれ放射線検出素子７がそれぞれ設けられている。

このように、走査線５と信号線６で区画された各小領域ｒに二次元状に配列された複数の放射線検出素子７が設けられた領域ｒ全体、すなわち図３に一点鎖線で示される領域が検出部Ｐとされている。

本実施形態では、放射線検出素子７としてフォトダイオードが用いられているが、この他にも例えばフォトトランジスタ等を用いることも可能である。各放射線検出素子７は、図３や図４の拡大図に示すように、スイッチ手段であるＴＦＴ８のソース電極８ｓに接続されている。また、ＴＦＴ８のドレイン電極８ｄは信号線６に接続されている。

そして、ＴＦＴ８は、後述する走査駆動手段１５により、接続された走査線５にオン電圧が印加され、ゲート電極８ｇにオン電圧が印加されるとオン状態となり、放射線検出素子７内で発生し蓄積されている電荷を信号線６に放出させるようになっている。また、ＴＦＴ８は、接続された走査線５にオフ電圧が印加され、ゲート電極８ｇにオフ電圧が印加されるとオフ状態となり、放射線検出素子７から信号線６への電荷の放出を停止し、放射線検出素子７内で発生した電荷を保持して、放射線検出素子７内に蓄積させるようになっている。

ここで、本実施形態における放射線検出素子７やＴＦＴ８の構造について、図５に示す断面図を用いて簡単に説明する。図５は、図４におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

基板４の面４ａ上に、ＡｌやＣｒ等からなるＴＦＴ８のゲート電極８ｇが走査線５と一体的に積層されて形成されており、ゲート電極８ｇ上および面４ａ上に積層された窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）等からなるゲート絶縁層８１上のゲート電極８ｇの上方部分に、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等からなる半導体層８２を介して、放射線検出素子７の第１電極７４と接続されたソース電極８ｓと、信号線６と一体的に形成されるドレイン電極８ｄとが積層されて形成されている。

ソース電極８ｓとドレイン電極８ｄとは、窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）等からなる第１パッシベーション層８３によって分割されており、さらに第１パッシベーション層８３は両電極８ｓ、８ｄを上側から被覆している。また、半導体層８２とソース電極８ｓやドレイン電極８ｄとの間には、水素化アモルファスシリコンにVI族元素をドープしてｎ型に形成されたオーミックコンタクト層８４ａ、８４ｂがそれぞれ積層されている。以上のようにしてＴＦＴ８が形成されている。

また、放射線検出素子７の部分では、基板４の面４ａ上に前記ゲート絶縁層８１と一体的に形成される絶縁層７１の上にＡｌやＣｒ等が積層されて補助電極７２が形成されており、補助電極７２上に前記第１パッシベーション層８３と一体的に形成される絶縁層７３を挟んでＡｌやＣｒ、Ｍｏ等からなる第１電極７４が積層されている。第１電極７４は、第１パッシベーション層８３に形成されたホールＨを介してＴＦＴ８のソース電極８ｓに接続されている。

第１電極７４の上には、水素化アモルファスシリコンにVI族元素をドープしてｎ型に形成されたｎ層７５、水素化アモルファスシリコンで形成された変換層であるｉ層７６、水素化アモルファスシリコンにIII族元素をドープしてｐ型に形成されたｐ層７７が下方から順に積層されて形成されている。

放射線画像撮影装置１の筐体２の放射線入射面Ｒから放射線が入射し、シンチレータ３で可視光等の電磁波に変換され、変換された電磁波が図中上方から照射されると、電磁波は放射線検出素子７のｉ層７６に到達して、ｉ層７６内で電子正孔対が発生する。放射線検出素子７は、このようにして、シンチレータ３から照射された電磁波を電荷に変換するようになっている。

また、ｐ層７７の上には、ＩＴＯ等の透明電極とされた第２電極７８が積層されて形成されており、照射された電磁波がｉ層７６等に到達するように構成されている。本実施形態では、以上のようにして放射線検出素子７が形成されている。なお、ｐ層７７、ｉ層７６、ｎ層７５の積層の順番は上下逆であってもよい。また、本実施形態では、放射線検出素子７として、上記のようにｐ層７７、ｉ層７６、ｎ層７５の順に積層されて形成されたいわゆるｐｉｎ型の放射線検出素子を用いる場合が説明されているが、これに限定されない。

放射線検出素子７の第２電極７８の上面には、第２電極７８を介して放射線検出素子７にバイアス電圧を印加するバイアス線９が接続されている。なお、放射線検出素子７の第２電極７８やバイアス線９、ＴＦＴ８側に延出された第１電極７４、ＴＦＴ８の第１パッシベーション層８３等、すなわち放射線検出素子７とＴＦＴ８の上面部分は、その上方側から窒化シリコン（ＳｉＮ_ｘ）等からなる第２パッシベーション層７９で被覆されている。

図３や図４に示すように、本実施形態では、それぞれ列状に配置された複数の放射線検出素子７に１本のバイアス線９が接続されており、各バイアス線９はそれぞれ信号線６に平行に配設されている。また、各バイアス線９は、基板４の検出部Ｐの外側の位置で１本の結線１０に結束されている。

本実施形態では、図３に示すように、各走査線５や各信号線６、バイアス線９の結線１０は、それぞれ基板４の端縁部付近に設けられた入出力端子（パッドともいう）１１に接続されている。各入出力端子１１には、図６に示すように、後述する走査駆動手段１５のゲートドライバ１５ｂとして機能するゲートＩＣ１２ａ等のチップが組み込まれたＣＯＦ（Chip On Film）１２が異方性導電接着フィルム（Anisotropic Conductive Film）や異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste）等の異方性導電性接着材料１３を介して接続されている。

また、ＣＯＦ１２は、基板４の裏面４ｂ側に引き回され、裏面４ｂ側で前述したＰＣＢ基板３３に接続されるようになっている。このようにして、放射線画像撮影装置１の基板４部分が形成されている。なお、図６では、電子部品３２等の図示が省略されている。

ここで、放射線画像撮影装置１の回路構成について説明する。図７は本実施形態に係る放射線画像撮影装置１の等価回路を表すブロック図であり、図８は検出部Ｐを構成する１画素分についての等価回路を表すブロック図である。

前述したように、基板４の検出部Ｐの各放射線検出素子７は、その第２電極７８にそれぞれバイアス線９が接続されており、各バイアス線９は結線１０に結束されてバイアス電源１４に接続されている。バイアス電源１４は、結線１０および各バイアス線９を介して各放射線検出素子７の第２電極７８にそれぞれバイアス電圧を印加するようになっている。

また、本実施形態では、放射線検出素子７のｐ層７７側（図５参照）に第２電極７８を介してバイアス線９が接続されていることからも分かるように、バイアス電源１４からは、放射線検出素子７の第２電極７８にバイアス線９を介してバイアス電圧として放射線検出素子７の第１電極７４側にかかる電圧以下の電圧（すなわちいわゆる逆バイアス電圧）が印加されるようになっている。なお、バイアス電源１４には、バッテリ４０から電力が供給されている。

各放射線検出素子７の第１電極７４はＴＦＴ８のソース電極８ｓ（図７、図８中ではＳと表記されている。）に接続されており、各ＴＦＴ８のゲート電極８ｇ（図７、図８中ではＧと表記されている。）は、後述する走査駆動手段１５のゲートドライバ１５ｂから延びる各走査線５の各ラインＬ１〜Ｌｘにそれぞれ接続されている。また、各ＴＦＴ８のドレイン電極８ｄ（図７、図８中ではＤと表記されている。）は各信号線６にそれぞれ接続されている。

走査駆動手段１５は、本実施形態では、電源回路１５ａとゲートドライバ１５ｂとを備えており、本実施形態では、ゲートドライバ１５ｂは、前述したゲートＩＣ１２ａが複数並設されて形成されている。また、走査駆動手段１５は、ゲートドライバ１５ｂに接続されている各走査線５を介してＴＦＴ８のゲート電極８ｇに印加する電圧を制御するようになっている。

各信号線６は、読み出しＩＣ１６内に形成された各読み出し回路１７にそれぞれ接続されている。なお、読み出しＩＣ１６には所定個数の読み出し回路１７が設けられており、読み出しＩＣ１６が複数設けられることにより、信号線６の本数分の読み出し回路１７が設けられるようになっている。

読み出し回路１７は、増幅回路１８と、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling）回路１９と、アナログマルチプレクサ２１と、Ａ／Ｄ変換器２０とで構成されている。なお、図７や図８中では、相関二重サンプリング回路１９はＣＤＳと表記されている。また、図８中では、アナログマルチプレクサ２１は省略されている。

本実施形態では、増幅回路１８はチャージアンプ回路で構成されており、オペアンプ１８ａと、オペアンプ１８ａにそれぞれ並列にコンデンサ１８ｂおよび電荷リセット用スイッチ１８ｃが接続されて構成されている。また、増幅回路１８のオペアンプ１８ａの入力側の反転入力端子には信号線６が接続されており、増幅回路１８の入力側の非反転入力端子には基準電位Ｖ_０が印加されるようになっている。なお、基準電位Ｖ_０は適宜の値に設定され、本実施形態では、例えば０［Ｖ］が印加されるようになっている。

また、増幅回路１８の電荷リセット用スイッチ１８ｃは、後述する制御手段２２に接続されており、制御手段２２によりオン／オフが制御されるようになっている。電荷リセット用スイッチ１８ｃがオフの状態で、放射線検出素子７のＴＦＴ８がオン状態とされると（すなわち、ＴＦＴ８のゲート電極８ｇに走査線５を介してオン電圧が印加されると）、当該放射線検出素子７から放出された電荷がコンデンサ１８ｂに流入して蓄積され、蓄積された電荷量に応じた電圧値がオペアンプ１８ａの出力端子から出力されるようになっている。

増幅回路１８は、このようにして、各放射線検出素子７から出力された電荷量に応じて電圧を出力して電荷電圧変換して増幅するようになっている。また、電荷リセット用スイッチ１８ｃがオン状態とされると、増幅回路１８の入力側と出力側とが短絡されてコンデンサ１８ｂに蓄積された電荷が放電されて増幅回路１８がリセットされるようになっている。なお、増幅回路１８を、放射線検出素子７から出力された電荷に応じて電流を出力するように構成することも可能である。

また、増幅回路１８には、バッテリ４０に接続された電源供給部４１から増幅回路１８を駆動するための電力が供給されるようになっており、また、電源供給部４１と各増幅回路１８とを結ぶ配線上には、電源供給部４１から各増幅回路１８に流れる電流を検出する電流検出手段４２が設けられている。

本実施形態では、図８に示すように、電流検出手段４２は、電源供給部４１と各増幅回路１８とを結ぶ配線に直列に接続される所定の抵抗値を有する抵抗器４２ａと、それに並列に接続されたダイオード４２ｄと、抵抗器４２ａの両端子間の電圧Ｖを測定する差動アンプ４２ｂとを備えて構成されており、差動アンプ４２ｂで抵抗器４２ａの両端子間の電圧Ｖを測定することで配線を流れる電流を電圧値Ｖに変換して検出するようになっている。

なお、電流検出手段４２に備えられる抵抗器４２ａとしては、配線中を流れる電流を適切な電圧値Ｖに変換可能な抵抗値を有する抵抗器が用いられる。電流検出手段４２は、このようにして電流を変換して検出した電圧値Ｖを、差動アンプ４２ｂから制御手段２２に出力するようになっている。また、抵抗器４２ａに並列にダイオード４２ｄを接続することで低線量の場合の検出精度が向上される。抵抗器４２ａを用いず、ダイオード４２ｄを配線に直列に接続し、その両端子間の電圧Ｖを差動アンプ４２ｂで測定するように構成することも可能である。

また、後述するように、電流検出手段４２が検出した電流の値に基づいて制御手段２２で放射線画像撮影装置１に対する放射線の照射の開始や終了を検出するようになっているが、それ以外の場合には、電源供給部４１から各増幅回路１８に電流検出手段４２の抵抗器４２ａを介さずに直接電力を供給した方が電力の供給効率が向上するため、電流検出手段４２には、電流の検出が不要の場合に抵抗器４２ａの両端子間を短絡するためのスイッチ４２ｃが設けられている。

増幅回路１８の出力側には、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１９が接続されている。相関二重サンプリング回路１９は、本実施形態では、サンプルホールド機能を有しており、この相関二重サンプリング回路１９におけるサンプルホールド機能は、制御手段２２から送信されるパルス信号によりそのオン／オフが制御されるようになっている。

すなわち、相関二重サンプリング回路１９は、増幅回路１８がリセットされた後、電荷リセット用スイッチ１８ｃがオフ状態とされ、各放射線検出素子７からの画像データの読み出し前に、制御手段２２から１回目のパルス信号を受信すると、その時点で増幅回路１８から出力されている電圧値を保持する。

そして、ゲートドライバ１５ｂを制御し各ＴＦＴ８のゲート電極８ｇにオン電圧を印可してＴＦＴ８をオン状態とし、放射線検出素子７から放出された電荷がコンデンサ１８ｂに流入して蓄積された時点で制御手段２２から２回目のパルス信号を受信すると、その時点で再び増幅回路１８から出力されている電圧値を保持して、それらの電圧値の差分値を下流側に画像データとして出力するようになっている。

相関二重サンプリング回路１９から出力された各放射線検出素子７の画像データは、アナログマルチプレクサ２１に送信され、アナログマルチプレクサ２１から順次Ａ／Ｄ変換器２０に送信される。そして、Ａ／Ｄ変換器２０で順次デジタル値の画像データに変換されて記憶手段４３に出力されて順次保存されるようになっている。

制御手段２２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インターフェース等がバスに接続されたマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により構成されている。専用の制御回路で構成されていてもよい。そして、制御手段２２は、放射線画像撮影装置１の各部材の動作等を制御するようになっている。また、制御手段２２には、ＤＲＡＭ（Dynamic ＲＡＭ）等で構成される記憶手段４３が接続されている。

また、本実施形態では、制御手段２２には、前述したアンテナ装置３９が接続されており、さらに、検出部Ｐやバイアス電源１４、走査駆動手段１５、読み出し回路１７、電源供給部４１、記憶手段４３等の各部材に電力を供給するためのバッテリ４０が接続されている。このように、バッテリ４０は、放射線画像撮影装置１のハウジング２内に内蔵されており、バッテリ４０には、外部装置からバッテリ４０に電力を供給してバッテリ４０を充電する際の接続端子４４が取り付けられている。

前述したように、制御手段２２は、バイアス電源１４を制御してバイアス電源１４から各放射線検出素子７に印加するバイアス電圧を設定したり、読み出し回路１７の増幅回路１８の電荷リセット用スイッチ１８ｃのオン／オフを制御したり、相関二重サンプリング回路１９にパルス信号を送信して、そのサンプルホールド機能のオン／オフを制御する等の各種の処理を実行するようになっている。

また、制御手段２２は、各放射線検出素子７のリセット処理時や放射線画像撮影後の各放射線検出素子７からの画像データの読み出し時に、走査駆動手段１５に対して、走査駆動手段１５から各走査線５を介して各ＴＦＴ８のゲート電極８ｇに印加する電圧をオン電圧とオフ電圧との間で切り替えさせるためのパルス信号を送信するようになっている。

さらに、制御手段２２は、電流検出手段４２が検出した電源供給部４１から各増幅回路１８に流れる電流の値に基づいて、少なくとも放射線画像撮影装置１に対する放射線の照射の開始を検出するようになっている。

以下、制御手段２２における放射線の照射の開始等の検出について説明する。

放射線画像撮影装置１では、放射線画像撮影が行われる前に、各放射線検出素子７内に蓄積している暗電荷や前回の放射線画像撮影の読み残しの電荷等の余分な電荷を放出させるリセット処理が行われる。本実施形態では、制御手段２２は、走査駆動手段１５から各走査線５にオン電圧を印加させて、各走査線５に接続された各ＴＦＴ８のゲート電極８ｇにオン電圧を印加し、全てのＴＦＴ８をオン状態とする。すなわち、全ＴＦＴ８のゲートが開いた状態となり、リセット処理を兼ねている。

また、各増幅回路１８の電荷リセット用スイッチ１８ｃもオン状態とし、さらに、電流検出手段４２のスイッチ４２ｃをオフ状態に切り替え、電流が抵抗器４２ａを流れる状態として、放射線が照射されるまで待機する。なお、本実施形態では、上記のように、リセット処理において全てのＴＦＴ８をオン状態とする場合について説明するが、放射線画像撮影に用いられない放射線検出素子７すなわち放射線が照射されない放射線検出素子７についてはリセット処理が行われない場合もあり、そのような場合には、そのような放射線検出素子７以外の、画像を形成する全てのＴＦＴ８をオン状態とする。

放射線画像撮影が開始され、図示しない放射線照射装置から放射線画像撮影装置１の放射線入射面Ｒ（図１参照）に放射線の照射が開始されると、本実施形態では、照射された放射線がシンチレータ３に入射する。そして、シンチレータ３で可視光等の他の波長に変換された電磁波が直下の各放射線検出素子７に入射して、各放射線検出素子７内で電子正孔対が発生し、本実施形態では、正孔が放射線検出素子７の第２電極７８側に移動しバイアス線９を通ってバイアス電源１４に流出する。

また、発生した電子が放射線検出素子７の第１電極７４側に移動し、ＴＦＴ８を介して信号線６に流出する。そして、電子は信号線６内を流れ、増幅回路１８のオン状態とされた電荷リセット用スイッチ１８ｃを流れて、オペアンプ１８ａの出力端子（すなわち図８等で相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１９に接続されている端子）から入りオペアンプ１８ａを通過して、電流検出手段４２内を流れる。

前述したように、電流検出手段４２のスイッチ４２ｃはオフ状態に切り替えられているため、電子は抵抗器４２ａを流れ、電源供給部４１に流出する。すなわち、電源供給部４１から電流が供給され、抵抗器４２ａを流れる。そして、電流が抵抗器４２ａを流れることで生じる抵抗器４２ａの両端子間の電圧Ｖが差動アンプ４２ｂで検出され、その電圧値Ｖが制御手段２２に出力される。

その際、差動アンプ４２ｂから出力される前記電流に相当する電圧値Ｖは、例えば図９（Ａ）に示すように変化する。すなわち、放射線の照射開始前には、各放射線検出素子７自体の熱による熱励起等により発生して各放射線検出素子７から流出するいわゆる暗電流に相当する電圧値Ｖが検出されるが、時刻ｔ１に放射線の照射が開始され、各放射線検出素子７内で電子正孔対が発生し始めると、上記のように電子が流れ、電流検出手段４２の差動アンプ４２ｂから出力される電圧値Ｖが急激に増加する。

そのため、本実施形態では、制御手段２２は、電流検出手段４２が検出した電流に相当する電圧値Ｖが増加し、例えば、予め設定された閾値を越えた場合や、電圧値Ｖの増加率が予め設定された閾値を越えた場合等に、放射線の照射が開始されたことを検出するようになっている。

しかし、このままＴＦＴ８をオン状態にしておくと、各放射線検出素子７内で発生した電荷（電子正孔対）が流出してしまい、電荷を蓄積して画像データとして読み出すことができなくなる。そのため、制御手段２２は、電圧値Ｖが増加して放射線の照射が開始されたことを検出すると、走査駆動手段１５から各走査線５にオフ電圧を印加させ、各走査線５に接続された各ＴＦＴ８のゲート電極８ｇにオフ電圧を印加して、全てのＴＦＴ８をオフ状態として全ＴＦＴ８のゲートを閉じるようになっている。

ＴＦＴ８のゲートを閉じると、ＴＦＴ８を介して電荷が流出しなくなるため、図９（Ｂ）に示すように、全ＴＦＴ８のゲートが閉じられた時刻ｔ２に、電流検出手段４２が検出した電流に相当する電圧値Ｖが急速に減少する。そして、ＴＦＴ８のゲートが閉じられた状態で、各放射線検出素子７内には放射線の照射により発生した電荷が蓄積される。

通常、ＴＦＴ８はリーク電流が非常に低くなるように形成されるため、時刻ｔ２に全ＴＦＴ８がオフ状態とされると、図９（Ｂ）に示したように電流検出手段４２からの電圧値Ｖが急速に減少するが、放射線検出素子７やＴＦＴ８の数が膨大な数にのぼり、それらのＴＦＴ８を介したリーク電流が集まる等して、図１０（Ａ）に示すように、減少した電流検出手段４２からの電圧値Ｖが、その後、暗電流で生じる電圧値より高い値で維持される場合がある。

そして、そのような場合、放射線の照射が終了して各放射線検出素子７内での電荷の発生が停止すると、図１０（Ｂ）に示すように、電流検出手段４２から出力される電圧値Ｖがさらに減少する場合がある。そのため、そのような場合には、制御手段２２は、電流検出手段４２が検出した電流に相当する電圧値Ｖが減少した時点ｔ３で放射線の照射が終了されたことを検出するように構成することが可能である。

また、図９（Ｂ）に示したように電流検出手段４２からの電圧値Ｖが減少して、放射線の照射が終了しても電圧値Ｖのさらなる減少が検出できないような場合には、制御手段２２は、時刻ｔ１に電流検出手段４２が検出した電流に相当する電圧値Ｖが増加して放射線の照射の開始を検出した後、予め設定された所定時間が経過した時点で放射線の照射が終了したと判断するように構成することが可能である。

制御手段２２は、放射線の照射が終了したことを検出し、或いは放射線の照射開始後、所定時間が経過して放射線の照射が終了したと判断すると、続いて、電源供給部４１から増幅回路１８に流れる電流の検出は不要であるため、電流検出手段４２のスイッチ４２ｃをオン状態に切り替えて、抵抗器４２ａの両端子間を短絡させ、電源供給部４１から増幅回路１８に電力がスムーズに供給される状態とするようになっている。

そして、各放射線検出素子７から蓄積された電荷を読み出す読み出し処理を行うため、増幅回路１８の電荷リセット用スイッチ１８ｃをオフ状態として、増幅回路１８のコンデンサ１８ｂに放射線検出素子７から放出された電荷が蓄積され得る状態にするようになっている。

次に、本実施形態に係る放射線画像撮影装置１の作用について説明する。

前述した従来の放射線画像撮影装置のように、各放射線検出素子７に接続されたバイアス線９を流れる電流を検出して放射線の照射の開始を検出する場合には、例えば図１１に示すように、バイアス線９の結線１０がバイアス電源１４に接続される部分に本実施形態と同様の電流検出手段４２を設けることで、バイアス線９を流れる電流を検出することができる。

放射線検出素子７には、初期状態すなわち放射線が照射される前の状態として、前述した基準電位Ｖ_０とバイアス電圧Ｖbiasとの差分Ｖ_０−Ｖbiasに放射線検出素子７の寄生容量Ｃｐを乗算したＣｐ（Ｖ_０−Ｖbias）の電荷Ｑが発生している。その際、前述したように、放射線検出素子７では、集光面積を広くとるために寄生容量Ｃｐが比較的大きくなるため、初期状態で放射線検出素子７に発生する電荷Ｑ＝Ｃｐ（Ｖ_０−Ｖbias）も電圧変化に対する電荷変化の感度が大きくなる。なお、寄生容量Ｃｐには、放射線検出素子７であるフォトダイオードが有する容量のように見なすことができる特性を等価的に容量に換算したものが含まれる。

また、従来の放射線画像撮影装置１００では、放射線検出素子７とバイアス電源１４とを結ぶバイアス線９（結線１０）に設けられた電流検出手段４２でノイズが発生し、図１２のＡに示すように、バイアス電源１４自体でバイアス電圧Ｖbiasに発生したノイズＮbiasに、電流検出手段４２で発生したノイズＮ42が重畳される。

そして、制御手段２２が放射線の照射の開始を検出して全ＴＦＴ８のゲートを閉じた際に、図１２のＡに示すように、これらのノイズＮbias、Ｎ42が放射線検出素子７の両端の電荷Ｑにノイズ電荷Ｑｎbias、Ｑｎ42として重畳されて保持される。

次に、放射線の照射が終了し、各放射線検出素子７から蓄積された電荷を読み出す読み出し処理では、上記のようにゲートを閉じた際に重畳されて保持されているノイズ電荷Ｑｎbias、Ｑｎ42に対して、さらに、読み出し処理でＴＦＴ８のゲートを開いた際にバイアス電源１４で発生したノイズＮbiasと電流検出手段４２で発生したノイズＮ42に起因するノイズ電荷が重畳されるため、図１２のＢに示すように、ノイズ電荷Ｑｎbias、Ｑｎ42が増加する。

読み出し処理では、電源供給部４１（図１１参照）でオペアンプ１８ａに供給する電圧にノイズＮ41が発生し、ノイズＮ41はオペアンプ１８ａのＰＳＲＲ（Power Supply Rejection Ratio）特性で１／α倍に減衰される。そのため、図１２のＣに示すように、増加したノイズ電荷Ｑｎbias、Ｑｎ42に、さらに、減衰されたノイズＮ41とオペアンプ１８ａに設定された容量やオペアンプ１８ａ内部の寄生容量との積に相当するノイズ電荷Ｑｎ41が重畳される。

なお、この場合も、上記の寄生容量には、オペアンプ１８ａが有する容量のように見なすことができる特性を等価的に容量に換算したものが含まれる。また、増幅回路１８のオペアンプ１８ａは数十倍以上の高いＰＳＲＲ特性αを有しており、通常、電源供給部４１からのノイズＮ41の影響が１／α倍に抑制される特性を有している。電源供給部４１からのノイズＮ41は増幅回路１８で１／α倍に減衰されて伝わるので、図１２のＣに示したように小さなノイズ電荷Ｑｎ41が重畳された状態になる。

一方、本実施形態に係る放射線画像撮影装置１では、図８等に示したように、電流検出手段４２が電源供給部４１と各増幅回路１８とを結ぶ配線上に設けられる。

上記のように、増幅回路１８のオペアンプ１８ａのＰＳＲＲ特性により、電流検出手段４２からのノイズＮ42は増幅回路１８で１／α倍に減衰されて伝わり、いわば圧縮された小さなノイズ電荷Ｑｎ42が重畳される。

上記の従来の放射線画像撮影装置１００についての説明と同様に、バイアス電源１４側からノイズＮの発生について見ると、本実施形態に係る放射線画像撮影装置１では、バイアス電源１４で発生するノイズＮbiasのみが、放射線検出素子７の比較的大きな寄生容量Ｃｐで電荷ノイズＱｎbiasとして、放射線の照射の開始を検出して全ＴＦＴ８のゲートを閉じた際に保持される（図１３のＡ参照）。

次に、放射線の照射が終了し、各放射線検出素子７から蓄積された電荷を読み出す読み出し処理では、バイアス電源１４自体でバイアス電圧Ｖbiasに発生したノイズＮbiasが、保持されているノイズＱｎbiasにさらに重畳されるため、図１３のＢに示すように、ノイズ電荷Ｑｎbiasが増加して出力される。

そして、図１３のＣに示すように、電源供給部４１のノイズＮ41と電流検出手段４２のノイズＮ42がオペアンプ１８ａのＰＳＲＲ特性により１／α倍されて重畳される。そのため、図１２のＣと図１３のＣとを比較して分かるように、本実施形態では、増幅回路１８のオペアンプ１８ａから出力される電圧値に重畳されるノイズＮを低減することが可能となる。

すなわち、本実施形態においても、バイアス電源１４で発生するノイズＮbiasの増幅は生じるが、電流検出手段４２で発生するノイズＮ42は、従来の放射線画像撮影装置１００のように放射線検出素子７の比較的大きな寄生容量Ｃｐを介して重畳されることがなく、また、増幅回路１８のＰＳＲＲ特性によって減衰されたノイズＮ42とノイズＮ41が重畳される。

このように、本実施形態に係る放射線画像撮影装置１では、電流検出手段４２で発生するノイズＮ42が、従来の放射線画像撮影装置１００のように放射線検出素子７の大きな寄生容量Ｃｐで増幅され拡大されて重畳されるのではなく、逆に、増幅回路１８のＰＳＲＲ特性により減衰され圧縮された状態で重畳されるため、最終的に、オペアンプ１８ａから相関二重サンプリング回路１９に出力される電圧値に重畳されるノイズＮを低減することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る放射線画像撮影装置１によれば、装置に放射線が照射されると電源供給部４１から増幅回路１８に流れる電流が増加する。そのため、電流検出手段４２を電源供給部４１と増幅回路１８とを結ぶ配線上に設け、電流検出手段４２が検出する電流の増加を検出することで、すくなくとも放射線の照射の開始を的確に検出することが可能となる。

また、本実施形態に係る放射線画像撮影装置１では、このように、電流検出手段４２を、従来のように放射線検出素子７とバイアス電源１４とを結ぶバイアス線９ではなく、電源供給部４１と増幅回路１８とを結ぶ配線上に設けた。

そのため、従来の放射線画像撮影装置１００では、電流検出手段４２で発生するノイズＮ42が、放射線検出素子７の大きな寄生容量Ｃｐで増幅され、さらに、リセット時と読み出し時にノイズＮ42が重畳されて増大する場合があったが、本実施形態では、その放射線検出素子７や増幅回路１８による電流検出手段４２からのノイズＮ42の増幅を抑制でき、さらに増幅回路１８のオペアンプ１８ａのＰＳＲＲ特性によりノイズＮ42が減衰され圧縮されるため、増幅回路１８から出力される電圧値に重畳されるノイズＮを低減することが可能となる。

そのため、照射された放射線の線量に応じて各放射線検出素子７に蓄積される電荷Ｑに対するノイズＮの影響が低減され、さらに、電流検出手段４２で発生するノイズＮ42がオペアンプ１８ａにより低減されるため、最終的に得られる放射線画像の画質へのノイズＮの影響が低減され、特に放射線画像の粒状性の悪化を的確に防止することが可能となり、適切な放射線画像を得ることが可能となる。

そして、放射線画像の粒状性等を向上させることが可能となるため、ノイズの影響が的確に低減された適切な画質の放射線画像を得ることが可能となるため、例えば、このような放射線画像を用いて診断を行うような場合に、病変を見落としたり正常な部分を病変と見誤ったりして誤診を生じる等の不都合を生じる可能性を格段に低下させることが可能となる。

なお、電流検出手段４２は、電源供給部４１から増幅回路１８に流れる電流或いはそれに相当する電圧値を的確に検出することができるものであれば、例えば図８に示した抵抗器４２ａや差動アンプ４２ｂ、スイッチ４２ｃ等を備える本実施形態の構成に限定されず、適宜の構成とすることが可能である。

１ 放射線画像撮影装置
５ 走査線
６ 信号線
７ 放射線検出素子
８ ＴＦＴ（スイッチ手段）
１８ 増幅回路
２２ 制御手段
４１ 電源供給部
４２ 電流検出手段
４２ａ 抵抗器
４２ｃ スイッチ
Ｑ 電荷
ｒ 領域
Ｖ 電圧値（電流に相当する電圧値）

Claims (6)

1. 互いに交差するように配設された複数の走査線および複数の信号線と、前記複数の走査線および複数の信号線により区画された各領域に二次元状に配列された複数の放射線検出素子と、
   前記放射線検出素子ごとに配置され、接続された前記走査線に印加される電圧に応じてオフ状態とオン状態とが切り替えられ、前記オフ状態では前記放射線検出素子内で発生した電荷を保持し、前記オン状態では前記放射線検出素子から前記電荷を放出させるスイッチ手段と、
   前記放射線検出素子から放出された前記電荷を電圧に変換する増幅回路と、
   前記増幅回路に電力を供給する電源供給部と、
   前記電源供給部から前記増幅回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段が検出した前記電流の値に基づいて少なくとも放射線の照射の開始を検出する制御手段と、
   を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。
2. 前記電流検出手段は、前記電源供給部と前記増幅回路とを結ぶ配線に直列に接続された抵抗器と、前記抵抗器の両端子間を短絡可能なスイッチとを備え、少なくとも放射線の照射の開始を検出する際には前記スイッチの短絡が解除され、それ以外の場合には前記スイッチにより前記抵抗器の両端子間が短絡されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
3. 前記制御手段は、前記電流検出手段が検出した前記電流の値が増加した場合に放射線の照射の開始を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線画像撮影装置。
4. 前記制御手段は、前記電流検出手段が検出した前記電流の値が増加して放射線の照射の開始を検出した後、所定時間が経過した時点で放射線の照射が終了したと判断することを特徴とする請求項３に記載の放射線画像撮影装置。
5. 前記制御手段は、前記電流検出手段が検出した前記電流の値が減少した場合に放射線の照射の終了を検出す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画像撮影装置。
6. 前記スイッチ手段は、放射線の照射の開始を検出する際にはオン状態とされ、前記制御手段が放射線の照射の開始を検出した後、オフ状態とされ、前記放射線検出素子内で発生した電荷の前記放射線検出素子内での蓄積が開始さ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画像撮影装置。

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