(57)【要約】【課題】  アーチファクトを低減するために有利な技術を提供する。【解決手段】  放射線撮像装置は、放射線画像を撮像するための複数の撮像画素を有する画素アレイと、前記画素アレイを駆動する駆動回路とを備える。前記複数の撮像画素は、複数の第１画素と、複数の第２画素とを含む。前記駆動回路は、放射線の照射の開始に応じて前記複数の撮像画素の少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる蓄積期間が開始され、前記蓄積期間の終了後に、前記蓄積期間に含まれる第１期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第１画素から出力され、前記蓄積期間に含まれ、前記第１期間とは異なる第２期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第２画素から出力されるように、前記画素アレイを駆動する。第２期間に属し第１期間に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値は、第１期間に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きい。【選択図】  図１７
2020048081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線画像を撮像するための複数の撮像画素を有する画素アレイと、前記画素アレイを駆動する駆動回路とを備える放射線撮像装置であって、
前記複数の撮像画素は、複数の第１画素と、複数の第２画素とを含み、
前記駆動回路は、放射線の照射の開始に応じて前記複数の撮像画素の少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる蓄積期間が開始され、前記蓄積期間の終了後に、前記蓄積期間に含まれる第１期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第１画素から出力され、前記蓄積期間に含まれ、前記第１期間とは異なる第２期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第２画素から出力されるように、前記画素アレイを駆動し、
前記第２期間に属し前記第１期間に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値は、前記第１期間に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きい、
ことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
放射線の照射の開始に応じて、前記複数の撮像画素の少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる蓄積期間が開始され、前記第１期間および前記第２期間は、前記蓄積期間に属する、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記画素アレイの動作期間は、前記複数の撮像画素をリセットする動作を繰り返す待機期間、前記複数の撮像画素の少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる蓄積期間、および、前記画素アレイから信号が出力される出力期間を含み、
前記第１期間および前記第２期間は、前記蓄積期間に属する、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記第１期間は、前記第２期間より短く、前記第２期間の一部と前記第１期間とが重複している、
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。
【請求項５】
前記駆動回路は、前記第１画素から出力される信号が前記第２画素から出力される信号の半分よりも小さくなるように、前記画素アレイを駆動する、
ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記第１画素と前記第２画素とは、交互に配置されている、
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。
【請求項７】
前記駆動回路は、前記画素アレイを行単位に駆動するように構成され、
前記第１画素と前記第２画素は、前記画素アレイの列方向に交互に配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記第１画素と前記第２画素とは、前記画素アレイの列方向に交互に配置され、かつ、前記画素アレイの行方向に交互に配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記複数の撮像画素は、複数の第３画素を更に含み、前記第１画素、前記第２画素および前記第３画素は、交互に配置されている、
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記画素アレイは、複数の列信号線を含み、
前記複数の撮像画素の各々は、放射線を検出する変換素子と、前記変換素子と前記複数の列信号線のうち対応する列信号線とを電気的に接続するスイッチと、を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記画素アレイの各行には、前記第１画素と前記第２画素とが交互に配置され、
互いに隣り合う行にそれぞれ配置された前記第１画素が同一の信号線を介して前記駆動回路によって駆動される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記駆動回路は、前記蓄積期間の開始後に開始し前記蓄積期間の終了前に終了する放射線の照射期間における所定タイミングまでに前記複数の第１画素で蓄積された信号がリセットされ、前記照射期間のうち前記所定タイミングの後に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第１画素で蓄積されるように前記複数の第１画素の前記スイッチを制御し、前記第１期間は、前記照射期間のうち前記所定タイミングの後の期間である、
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
前記画素アレイは、第１行から第２ｎ行（ｎは自然数）までの複数の行を有し、
前記放射線撮像装置は、前記複数の撮像画素のうち第１から第ｎ行までに配置された撮像画素から信号を読み出す第１読出回路と、前記複数の撮像画素のうち第（ｎ＋１）行から第２ｎ行までに配置された撮像画素から信号を読み出す第２読出回路とを更に備える、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】
同一の列に属する前記第ｎ行の撮像画素と前記第（ｎ＋１）行の撮像画素の一方が前記第１画素であり、他方が前記第２画素である、
ことを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮像装置。
【請求項１５】
前記画素アレイは、複数の列信号線を含み、
前記複数の撮像画素の各々は、放射線を電気的な信号に変換する変換素子と、前記変換素子からの信号に応じた信号を前記複数の列信号線のうち対応する列信号線に出力する出力回路部と、を含み、
前記駆動回路は、前記第１期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第１画素から出力され、前記第２期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第２画素から出力されるように、前記複数の撮像画素の各々の前記出力回路部を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１６】
前記複数の第１画素から出力された信号と前記複数の第２画素から出力された信号とに基づいてエネルギーサブトラクションによる画像が生成される、
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１７】
放射線を発生する放射線源と、
前記放射線源を制御する線源制御部と、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、を備え、
前記線源制御部は、前記放射線源によって前記放射線撮像装置に照射される放射線のエネルギーを制御する機能を有する、
ことを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項１８】
前記線源制御部は、前記放射線源の管電圧を制御することによって前記放射線撮像装置に照射される放射線のエネルギーを制御する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の放射線撮像システム。
【請求項１９】
前記放射線源は、フィルタを有し、
前記線源制御部は、前記フィルタを制御することによって前記放射線撮像装置に照射される放射線のエネルギーを制御する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の放射線撮像システム。
【請求項２０】
複数の第１画素および複数の第２画素を有する画素アレイを有する放射線撮像装置の制御方法であって、
放射線の照射の開始に応じて前記複数の第１画素および前記複数の第２画素の少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる蓄積期間が開始され、前記蓄積期間の終了後に、前記蓄積期間に含まれる第１期間に照射された放射線に応じた信号を前記複数の第１画素から出力し、前記蓄積期間に含まれ、前記第１期間と長さが異なる第２期間に照射された放射線に応じた信号を前記複数の第２画素から出力し、
前記第２期間に属し前記第１期間に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値は、前記第１期間に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きい、
ことを特徴とする放射線撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システム、および、放射線撮像装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線撮像装置を応用した撮影方法としてエネルギーサブトラクション法がある。エネルギーサブトラクション法は、被検体に照射する放射線のエネルギーを異ならせて複数回にわたって撮像して得た複数の画像を処理することによって新たな画像（例えば、骨画像および軟部組織画像）を得る方法である。
【０００３】
特許文献１には、エネルギーサブトラクション撮影を行う放射線撮影装置が記載されている。特許文献１に記載された放射線撮影装置のセンサ部は、２種類の画素を有する。以下、２種類の画素の一方を第１画素、他方を第２画素として、特許文献１に記載された放射線撮影装置を説明する。該放射線撮影装置は、信号検出部によってサンプリングされたデジタルデータに基づいて、放射線の照射が開始された後に、第１画素に暗電流等によって蓄積されていた電荷を除去し、照射された放射線量に応じた電荷の蓄積を開始する。その後、該放射線撮影装置は、信号検出部からのデジタルデータの累積値の変化量（微分値）が減少する変曲点を検出したら、第１画素から信号を読み出して画像データに変換し記憶する。その後、該放射線撮影装置は、第２画素に暗電流等によって蓄積されていた電荷を除去し、照射された放射線量に応じた電荷の蓄積を開始する。その後、該放射線撮影装置は、変曲点の検出から所定タイミングが経過した後に、第２画素から信号を読み出して画像データに変換し記憶する。これにより、放射線の照射の開始から変曲点までの放射線の照射による放射線画像と、変曲点以降の放射線の照射による放射線画像とが得られる。これらの放射線画像は、互いに異なるエネルギーの放射線画像である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２５４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の放射線画像を撮像する場合において、連続する放射線画像の撮影時間差は、１枚の放射線画像の撮像に要する時間（信号の読出時間を含む）に依存する。１枚の放射線画像の撮像に要する時間は、例えば、静止画撮像用の放射線撮像装置では数秒以上、通常の動画用の放射線撮像装置では１００ミリ秒程度であり、高速の動画用の放射線撮像装置でも１０ミリ秒程度である。連続する放射線画像の撮影時間差の間に被検体が動くと、その動きによるアーチファクトが生じてしまう。したがって、心臓などのように動きが速い被検体の放射線画像をエネルギーサブトラクション法によって得ることは困難である。
【０００６】
特許文献１に記載された放射線撮影装置では、放射線が照射されている間に、変曲点までに照射された放射線に対応する信号を第１画素から読み出す。したがって、放射線の照射期間は、第１画素からの信号の読み出しに要する時間よりも十分に長くなくてはならない。この照射期間に被検体が動くと、第１画素によって得られる放射線画像と第２画素によって得られる放射線画像とからエネルギーサブトラクション法によって得られる放射線画像にアーチファクトが生じてしまう。
【０００７】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、アーチファクト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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの側面は、放射線画像を撮像するための複数の撮像画素を有する画素アレイと、前記画素アレイを駆動する駆動回路とを備える放射線撮像装置に係り、前記複数の撮像画素は、複数の第１画素と、複数の第２画素とを含み、前記駆動回路は、放射線の照射の開始に応じて前記複数の撮像画素の少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる蓄積期間が開始され、前記蓄積期間の終了後に、前記蓄積期間に含まれる第１期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第１画素から出力され、前記蓄積期間に含まれ、前記第１期間とは異なる第２期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の第２画素から出力されるように、前記画素アレイを駆動し、前記第２期間に属し前記第１期間に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値は、前記第１期間に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アーチファクトを低減するために有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの放射線撮像装置における放射線検出パネルの構成例を示す図。
【図３】撮像画素の断面構造の一例を模式的に示す図。
【図４】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。
【図５】放射線画像の処理を例示する図。
【図６】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。
【図７】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。
【図８】本発明の第２実施形態の放射線撮像システムの放射線撮像装置における放射線検出パネルの構成例を示す図。
【図９】本発明の第２実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。
【図１０】本発明の第３実施形態の放射線撮像システムの放射線撮像装置における放射線検出パネルの構成例を示す図。
【図１１】本発明の第３実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。
【図１２】本発明の第４実施形態の放射線撮像システムの放射線撮像装置における放射線検出パネルの構成例を示す図。
【図１３】本発明の第４実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。
【図１４】本発明の第４実施形態の放射線撮像システムの画素の配置図。
【図１５】本発明の第２実施形態の放射線撮像システムの放射線撮像装置における放射線検出パネルで採用されうる撮像画素の構成例を示す図。
【図１６】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの他の動作を示すタイミングチャート。
【図１７】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの他の動作を示すタイミングチャート。
【図１８】本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの効果を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１には、本発明の第１実施形態の放射線撮像システム２００の構成が示されている。放射線撮像システム２００は、放射線で形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（即ち、放射線画像データ）を得るように構成されている。放射線は、典型的には、Ｘ線でありうるが、α線、β線、γ線などであってもよい。放射線撮像システム２００は、例えば、放射線撮像装置２１０、放射線源２３０、放射線源制御部（線源制御部）２２０およびコンピュータ２４０を備えうる。
【００１３】
放射線源２３０は、放射線源制御部２２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源２３０から放射された放射線は、不図示の被検体を通って放射線撮像装置２１０に照射される。放射線源２３０はまた、放射線源制御部２２０からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。放射線撮像装置２１０は、放射線検出パネル２１２と、放射線検出パネル２１２を制御する制御部２１４とを含みうる。
【００１４】
制御部２１４は、放射線検出パネル２１２から得られる信号に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生しうる。停止信号は、放射線源制御部２２０に提供されうる。放射線源制御部２２０は、停止信号に応答して、放射線源２３０に対して停止指令を送りうる。制御部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。
【００１５】
コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０および放射線源制御部２２０を制御したり、放射線撮像装置２１０から放射線画像データを受信し、それを処理したりしうる。一例において、放射線源制御部２２０は、曝射スイッチを有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源２３０に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ２４０に送るように構成されうる。該開始通知を受けたコンピュータ２４０は、該開始通知に応じて、放射線の放射の開始を放射線撮像装置２１０の制御部２１４に通知するように構成されうる。
【００１６】
制御部２１４の機能の全部または一部は、コンピュータ２４０に組み込まれてもよい。あるいは、コンピュータ２４０の機能の全部または一部は、放射線撮像装置２１０に組み込まれてもよい。放射線源制御部２２０の機能の全部または一部は、コンピュータ２４０または放射線撮像装置２１０に組み込まれてもよい。
【００１７】
図２には、放射線検出パネル２１２の構成例が示されている。放射線検出パネル２１２は、画素アレイ１１２を備えている。画素アレイ１１２は、放射線を検出する複数の撮像画素ＰＩＸ、および、複数の列信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４）を有する。複数の撮像画素ＰＩＸは、複数の行および複数の列を構成するように配置されている。放射線検出パネル２１２はまた、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路１１４、および、画素アレイ１１２の複数の列信号線Ｓｉｇに現れる信号を検出する読出回路１１３を備えている。なお、図２では、記載の簡単化のために、画素アレイ１１２は、４行×４列の撮像画素ＰＩＸで構成されているが、実際には、より多くの撮像画素ＰＩＸが配列されうる。一例において、放射線検出パネル２１２は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の撮像画素ＰＩＸを有しうる。
【００１８】
各撮像画素ＰＩＸは、例えば、放射線を検出する変換素子Ｃと、変換素子Ｃと列信号線Ｓｉｇ（複数の信号線Ｓｉｇのうち変換素子Ｃに対応する列信号線Ｓｉｇ）とを接続するスイッチＳＷとを含みうる。変換素子Ｃは、それに入射した放射線の量に対応する電気的な信号をスイッチＳＷを介して信号線Ｓｉｇに出力しうる。変換素子Ｃは、例えば、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を含みうる。あるいは、変換素子Ｃは、ＰＩＮ型フォトダイオードを含みうる。変換素子Ｃは、放射線をシンチレータで光に変換した後に、光を検出する間接型として構成される。間接型においては、シンチレータが複数の画素ＰＩＸによって共有されうる。
【００１９】
スイッチＳＷは、例えば、制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタで構成されうる。変換素子Ｃは、２つの主電極を有し、変換素子Ｃの一方の主電極は、スイッチＳＷの２つの主端子のうちの一方に接続され、変換素子の他方の主電極は、共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス電源１０３に接続されうる。バイアス電源１０３は、バイアス電圧Ｖｓを発生する。第１行の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの制御端子は、ゲート線Ｖｇ１に接続されている。第２行の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの制御端子は、ゲート線Ｖｇ２に接続されている。第３行の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの制御端子は、ゲート線Ｖｇ３に接続されている。第４行の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの制御端子は、ゲート線Ｖｇ４に接続されている。ゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３・・・には、駆動回路１１４によってゲート信号が供給される。つまり、ゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３は、駆動回路１１４によって駆動される。
【００２０】
第１列の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの１つの主端子は、第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続されている。第２列の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの１つの主端子は、第２列の列信号線Ｓｉｇ２に接続されている。第３列の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの１つの主端子は、第３列の列信号線Ｓｉｇ３に接続されている。第４列の撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの１つの主端子は、第４列の列信号線Ｓｉｇ４に接続される。
【００２１】
図２では、複数の撮像画素ＰＩＸを相互に区別するために、符号Ｐ１１〜Ｐ４４が使用されている。また、図２では、複数の変換素子Ｃを相互に区別するために、符号Ｃ１１〜Ｃ４４が使用され、複数のスイッチＳＷを相互に区別するために、符号Ｔ１１〜Ｔ４４が使用されている。例えば、Ｐ１１は、第１行かつ第１列に配置された撮像画素ＰＩＸを示す。また、Ｃ１１は、第１行かつ第１列に配置された撮像画素ＰＩＸの変換素子Ｃを示し、Ｔ１１は、第１行かつ第１列に配置された撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷを示す。
【００２２】
読出回路１１３は、１つの列信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように複数の列増幅部ＣＡを有しうる。各列増幅部ＣＡは、例えば、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７およびバッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、それに対応する列信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、例えば、演算増幅器と、該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た積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。該演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。該リセットスイッチをオンさせることによって該積分容量がリセットされるとともに列信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。該リセットスイッチは、制御部２１４から供給されるリセットパルスＲＣによって制御されうる。
【００２３】
可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５から供給される信号を設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変増幅器１０４からの信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７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。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７からの信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。該サンプリングスイッチは、制御部２１４から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。
【００２４】
読出回路１１３はまた、複数の列信号線Ｓｉｇのそれぞれに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含みうる。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含み、該シフトレジスタは、制御部２１４から供給されるクロック信号に従ってシフト動作を行い、該シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。読出回路１１３はまた、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリングするバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号（放射線画像データ）に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ２４０に供給される。
【００２５】
図３には、１つの画素ＰＩＸの断面構造の一例が模式的に示されている。以下、図３に示された例について説明する。画素ＰＩＸは、ガラス基板等の絶縁性基板１０の上に形成される。画素ＰＩＸは、絶縁性基板１０の上に、第１の導電層１１、第１の絶縁層１２、第１の半導体層１３、第１の不純物半導体層１４および第２の導電層１５を有する。第１の導電層１１は、スイッチＳＷを構成するトランジスタ（例えばＴＦＴ）のゲートを構成する。第１の絶縁層１２は、第１の導電層１１を覆うように配置され、第１の半導体層１３は、第１の絶縁層１２を介して第１の導電層１１のうちゲートを構成する部分の上に配置されている。第１の不純物半導体層１４は、スイッチＳＷを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）を構成するように第１の半導体層１３の上に配置されている。第２の導電層１５は、スイッチＳＷを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）にそれぞれ接続された配線パターンを構成している。第２の導電層１５の一部は、列信号線Ｓｉｇを構成し、他の一部は、変換素子ＣとスイッチＳＷとを接続するための配線パターンを構成している。
【００２６】
画素ＰＩＸは、更に、第１の絶縁層１２および第２の導電層１５を覆う層間絶縁膜１６を有し、層間絶縁膜１６には、第２の導電層１５（スイッチＳＷ）と変換素子Ｃとを接続するためのコンタクトプラグ１７が設けられている。画素ＰＩＸは、更に、層間絶縁膜１６の上に配置された変換素子Ｃを含む。図３に示された例では、変換素子Ｃは、放射線を光に変換するシンチレータ層２５を含む間接型の変換素子として構成されている。変換素子Ｃは、層間絶縁膜１６の上に積層された第３の導電層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導電層２２、保護層２３、接着層２４およびシンチレータ層２５を有する。第３の導電層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導電層２２、保護層２３、接着層２４およびシンチレータ層２５は、変換素子Ｃを構成している。
【００２７】
第３の導電層１８、第４の導電層２２は、それぞれ、変換素子Ｃを構成する光電変換素子の下部電極、上部電極を構成する。第４の導電層２２は、例えば、透明材料で構成される。第３の導電層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導電層２２は、該光電変換素子としてのＭＩＳ型センサを構成している。第２の不純物半導体層２１は、例えば、ｎ型の不純物半導体層で形成される。シンチレータ層２５は、例えば、ガドリニウム系の材料、または、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）の材料で構成されうる。
【００２８】
変換素子Ｃは、入射した放射線を直接に電気信号（電荷）に変換する直接型の変換素子として構成されてもよい。直接型の変換素子Ｃとしては、例えば、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等を主材料とする変換素子を挙げることができる。変換素子Ｃは、ＭＩＳ型に限定されず、例えば、ｐｎ型やＰＩＮ型のフォトダイオードでもよい。
【００２９】
以下、図４を参照しながら放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作を説明する。放射線撮像システム２００の動作は、コンピュータ２４０によって制御される。放射線撮像装置２１０の動作は、コンピュータ２４０による制御の下で、制御部２１４によって制御される。
【００３０】
まず、放射線源２３０からの放射線の放射（換言すると、放射線撮像装置２１０への放射線の照射）が開始されるまで、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３に空読みを実施させる。空読みは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２の複数の行のゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３、Ｖｇ４に供給されるゲート信号を順にアクティブレベルに駆動することによって、変換素子Ｃに蓄積されているダーク電荷をリセットする動作である。ここで、空読みの際、積分増幅器１０５のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスが供給され、列信号線Ｓｉｇが基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。ダーク電荷とは、変換素子Ｃに放射線が入射しないにも拘わらず発生する電荷である。
【００３１】
制御部２１４は、例えば、放射線源制御部２２０からコンピュータ２４０を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。あるいは、画素アレイ１１２のバイアス線Ｂｓまたは列信号線Ｓｉｇ等を流れる電流を検知する検知回路を設けてもよい。制御部２１４は、該検知回路の出力に基づいて放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。
【００３２】
本実施形態では、駆動回路１１４は、放射線の照射期間の終了後に、第１期間に照射された放射線に応じた信号が複数の第１画素から出力され、第２期間に照射された放射線に応じた信号が複数の第２画素から出力されるように、画素アレイ１１２を駆動する。駆動回路１１４は、画素アレイ１１２を行単位に駆動するように構成され、第１画素と第２画素は、画素アレイ１１２の列方向に交互に配置されうる。
【００３３】
ここで、画素アレイ１１２の複数の撮像画素ＰＩＸは、複数の第１画素および複数の第２画素を含む。複数の第１画素は、複数の撮像画素ＰＩＸの一部であり、複数の第２画素は、複数の撮像画素ＰＩＸの他の一部である。複数の第１画素と複数の第２画素とは、駆動回路１１４による駆動のタイミング、より具体的には、スイッチＳＷがオン状態にされる期間（期間の長さ）が互いに異なる。図４に示された例では、奇数行、即ち第１行および第３行の撮像画素ＰＩＸが第１画素であり、偶数行、即ち第２行および第４行の撮像画素ＰＩＸが第２画素である。他の例において、奇数行、即ち第１行および第３行の撮像画素ＰＩＸを第２画素として、偶数行、即ち第２行および第４行の撮像画素ＰＩＸを第１画素とすることができる。複数の第１画素および複数の第２画素は、互いに同一の構造を有してもよいし、互いに異なる構造を有してもよい。
【００３４】
本実施形態では、複数の放射線画像を連続的に撮像する動画撮像では、各フレームにおいて、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって２段階に制御される。より具体的には、動画撮像の各フレームにおいて、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって、第１エネルギーＲと第２エネルギーＢとの２段階に制御される。この例では、第２エネルギーＢは、第１エネルギーＲよりも大きい。放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーは、放射線源制御部２２０が放射線源２３０の管電圧を変更することによって変更されうる。あるいは、放射線源２３０は、フィルタを備え、放射線源制御部２２０が放射線源２３０のフィルタを制御することによって変更されうる。フィルタは、例えば、透過させる波長が互いに異なる複数のフィルタ要素が配置されたターレットとして構成され、ターレットの回転角によって、使用するフィルタ要素が選択されうる。
【００３５】
１つの放射線画像を撮像する静止画撮像においては、１回の撮像のために、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって２段階に制御される。より具体的には、静止画撮像においては、１回の撮像のために、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって、第１エネルギーＲと第２エネルギーＢとの２段階に制御される。
【００３６】
画素アレイ１１２の動作期間は、空読み期間、蓄積期間および本読み期間を含みうる。動画撮像では、画素アレイ１１２の１フレームの動作期間は、少なくとも蓄積期間および本読み期間を含みうる。動画撮像の一例においては、画素アレイ１１２の１フレームの動作期間は、空読み期間、蓄積期間および本読み期間を含みうる。空読み期間は、空読みを行う期間であり、換言すると、複数の撮像画素ＰＩＸをリセットする動作を繰り返す待機期間である。蓄積期間は、複数の撮像画素ＰＩＸの少なくとも１つによる信号の蓄積がなされる期間である。本読み期間は、読出回路１１３によって画素アレイ１１２（の複数の撮像画素ＰＩＸ）から信号を読み出す期間であり、換言すると、画素アレイ１１２（の複数の撮像画素ＰＩＸ）から信号が出力される出力期間である。駆動回路１１４は、放射線の照射の開始に応じて蓄積期間が開始されるように画素アレイ１１２を駆動する。
【００３７】
以下、図４に示された動作を説明する。最初のフレームの開始前は、空読み期間（待機期間）であり、空読みが繰り返される。放射線源２３０による第１エネルギーＲでの放射線の照射の開始に応じて、空読み期間から蓄積期間に移行する。図４に示された例では、コンピュータ２４０からの開始通知に基づいて、制御部２１４が放射線の照射が開始されることを認識し、空読み期間から蓄積期間に移行しうる。放射線源２３０が放射線を照射する期間である照射期間ＩＰは、例えば、蓄積期間の開始後に開始し、蓄積期間の終了前に終了してもよい。
【００３８】
蓄積期間の開始に応じて、駆動回路１１４は、列信号線Ｓｉｇが基準電位Ｖｒｅｆにリセットされた状態で、奇数行、即ち第１行および第３行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）のためのゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３をアクティブレベルに駆動する。これにより、スイッチＴ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４が閉じられ、変換素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４がリセット状態にされる。したがって、第１行および第３行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）の変換素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４では、放射線の照射により発生する電荷が蓄積されない。列信号線Ｓｉｇを基準電位Ｖｒｅｆにリセットする動作は、制御部２１４によって積分増幅器１０５のリセットスイッチにアクティブレベルが供給されることによってなされる。
【００３９】
一方、駆動回路１１４は、偶数行、即ち第２行および第４行の撮像画素ＰＩＸ（第２画素）のためのゲート線Ｖｇ２、Ｖｇ４については、インアクティブレベルに維持する。したがって、偶数行、即ち第２行および第４行の撮像画素ＰＩＸ（第２画素）では、照射期間ＩＰまたは蓄積期間の開始とともに、放射線の照射に応じた信号の蓄積が変換素子Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３、Ｃ２４、Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３、Ｃ４４において開始される。
【００４０】
照射期間ＩＰまたは蓄積期間の所定タイミングｔｔにおいて、放射線源２３０は、放射線源制御部２２０による制御に従って、放射線のエネルギーを第１エネルギーＲから第２エネルギーＢに変更する。所定タイミングｔｔにおいて、駆動回路１１４は、奇数行、即ち第１行および第３行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）のためのゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３をインアクティブレベルに駆動する。これにより、スイッチＴ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４が開かれる。したがって、所定タイミングｔｔにおいて、放射線の照射に応じた信号の蓄積が変換素子Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４において開始される。
【００４１】
ここで、ゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３をアクティブレベルにするタイミングは、変換素子Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ３１〜Ｃ３４が所定タイミングｔｔまでにリセットされるのであれば、照射期間ＩＰまたは蓄積期間の開始後であってもよい。換言すると、駆動回路１１４は、放射線の照射期間ＩＰにおける所定タイミングｔｔまでに奇数行の撮像画素ＰＩＸに蓄積された信号がリセットされるように、奇数行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）のスイッチＳＷを制御するように構成されうる。
【００４２】
奇数行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）が放射線の照射に応じた信号を蓄積する期間Ｔ１（第１期間）の開始タイミングは、所定タイミングｔｔである。換言すると、駆動回路１１４は、照射期間ＩＰのうち所定タイミングｔｔの後に照射された放射線に応じた信号が奇数行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）で蓄積されるように奇数行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）のスイッチＳＷを制御する。
【００４３】
その後、例えば、照射期間ＩＰの終了後に蓄積期間が終了する。蓄積期間の終了タイミングは、本読み期間の開始タイミングによって規定されうる。奇数行、即ち第１行および第３行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）が放射線の照射に応じた信号を蓄積する期間Ｔ１（第１期間）の終了タイミングは、照射期間ＩＰの終了タイミングおよび蓄積期間の終了タイミングのうち早いタイミングである。偶数行、即ち第２行および第４行の撮像画素ＰＩＸ（第２画素）が放射線の照射に応じた信号を蓄積する期間Ｔ２（第２期間）の開始タイミングは、照射期間ＩＰの開始タイミングである。また、偶数行、即ち第２行および第４行の撮像画素ＰＩＸ（第２画素）が放射線の照射に応じた信号を蓄積する期間Ｔ２（第２期間）の終了タイミングは、照射期間ＩＰの終了タイミングおよび蓄積期間の終了タイミングのうち早いタイミングである。期間Ｔ１（第１期間）および期間Ｔ２（第２期間）は、蓄積期間に含まれる期間である。
【００４４】
この例では、期間Ｔ１（第１期間）は、期間Ｔ２（第２期間）より短く、期間Ｔ２の一部と期間Ｔ１とが重複している。また、期間Ｔ１に照射される放射線のエネルギーの最大値と、期間Ｔ２に属し第１期間Ｔ１に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値とが互いに異なる。より具体的には、この例では、期間Ｔ１に照射される放射線のエネルギーの最大値は、期間Ｔ２に属し第１期間Ｔ１に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きい。
【００４５】
本読み期間（出力期間）では、駆動回路１１４は、第１行から第４行のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４を順次にアクティブレベルに駆動する。これに同期して、読出回路１１３は、第１行から第４行の撮像画素ＰＩＸから列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に出力される信号を読み出す。具体的には、第１行の画素ＰＩＸ（第１画素）から第２エネルギーＢの放射線に対応する信号が列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に出力され、読出回路１１３によって読み出される。次いで、第２行の画素ＰＩＸ（第２画素）から第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号が列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に出力され、読出回路１１３によって読み出される。次いで、第３行の画素ＰＩＸ（第１画素）から第２エネルギーＢの放射線に対応する信号が列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に出力され、読出回路１１３によって読み出される。次いで、第４行の画素ＰＩＸ（第２画素）から第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号が列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に出力され、読出回路１１３によって読み出される。
【００４６】
読出回路１１３によって読み出された信号は、マルチプレクサ１０８およびバッファ１０９を介してＡＤ変換器１１０に供給される。ＡＤ変換器１１０は、その信号をＡＤ変換して、放射線画像データとして、コンピュータ２４０に供給しうる。
【００４７】
本実施形態によれば、蓄積期間（他の観点では照射期間）の終了後に画素アレイ１１２の複数の撮像画素ＰＩＸ（複数の第１画素および複数の第２画素）からの信号の読み出しを行うので、照射期間ＩＰを短くすることができる。これにより、第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像と第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像との読出時間差を小さくすることができる。したがって、被検体の動きによるアーチファクトを低減することができる。
【００４８】
第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像、および、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像は、オフセット補正がなされてもよい。第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像のオフセット補正は、該放射線画像からオフセット画像を減じることによってなされうる。第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像のオフセット補正は、該放射線画像からオフセット画像を減じることによってなされうる。オフセット画像は、図４の２つ目のフレームのように、放射線が照射されない状態で、上記の空読み期間、蓄積期間および本読み期間で構成される動作を実行することによってなされうる。第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像、および、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線によって形成される放射線画像は、更にゲイン補正がなされうる。
【００４９】
図４の例では、１フレーム目で１つの放射線画像が撮像され、２フレーム目では、オフセット画像が取得される。動画を撮像する際には、２フレーム目の蓄積期間の開始と放射線の照射の開始とが同期するように放射線が照射される。
【００５０】
図５を参照しながら、放射線検出パネル２１２からコンピュータ２４０に供給された放射線画像データをコンピュータ２４０が処理する例を説明する。コンピュータ２４０は、放射線検出パネル２１２からコンピュータ２４０に供給された放射線画像データに対してオフセット補正およびゲイン補正を実行しうる。
【００５１】
図５のａには、放射線検出パネル２１２からコンピュータ２４０に供給された放射線画像、あるいは、該放射線画像にオフセット補正およびゲイン補正がなされた放射線画像データが模式的に示されている。コンピュータ２４０は、図５のａに示された放射線画像を、図５のｂに示された第２エネルギーＢの放射線画像と、図５のｃに示された、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線画像とに分離する。
【００５２】
また、コンピュータ２４０は、図５のｂに示された第２エネルギーＢの放射線画像における偶数行の画素データを補間によって生成し、図５のｄに示された第２エネルギーＢの放射線画像を生成する。また、コンピュータ２４０は、図５のｃに示された、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線画像における奇数行の画素データを補間によって生成し、図５のｅに示された、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線画像を生成する。
【００５３】
更に、コンピュータ２４０は、図５のｅに示された、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線画像から図５のｄに示された第２エネルギーＢの放射線画像を減じることによって、図５のｇに示された第１エネルギーＲの放射線画像を生成する。図５のｇに示された第１エネルギーＲの放射線画像を生成する処理は、エネルギーサブトラクション法による画像処理の一例である。エネルギーサブトラクション法は、被検体に照射する放射線のエネルギーを異ならせて複数回にわたって撮像して得た複数の放射線画像を処理することによって新たな放射線画像（例えば、骨画像および軟部組織画像）を得る方法である。
【００５４】
以上の例では、１回の撮像のために、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって２段階に制御される。しかし、１回の撮像のために、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって３段階以上に制御されてもよい。図６には、１回の撮像のために、放射線源２３０が発生する放射線のエネルギーが放射線源制御部２２０によって３段階に制御される例が示されている。この３段階は、第１エネルギーＲと、第１エネルギーＲより大きい第２エネルギーＧと、第２エネルギーＧより大きい第３エネルギーＢとで構成される。
【００５５】
例えば、複数の撮像画素ＰＩＸのうち第１画素は、第２エネルギーＧおよび第３エネルギーＢの放射線画像を撮像するために使用されうる。また、複数の撮像画素ＰＩＸのうち第２画素は、第３エネルギーＢの放射線画像を撮像するために使用されうる。複数の撮像画素ＰＩＸのうち第３画素は、第１エネルギーＲ、第２エネルギーＧおよび第３エネルギーＢの放射線画像を撮像するために使用されうる。第１画素、第２画素および第３画素は、画素アレイ１１２において、交互に配置されうる。
【００５６】
上記の第１実施形態では、放射線源制御部２２０が放射線源２３０を制御することによって１つの照射期間ＩＰにおいて放射線のエネルギーが第１エネルギーＲから第２エネルギーＢに変更される。このような方式に代えて、１つの設定されたエネルギーの下で放射線源２３０が放射する放射線のエネルギーの波形が利用されてもよい。図７には、１つの設定されたエネルギーの下で放射線源２３０が放射する放射線のエネルギーの波形を利用して２つのエネルギーの放射線画像を得る例が示されている。ここで言及しない事項は、図４を参照しながら説明した事項に従いうる。放射線源２３０から放射される放射線のエネルギーが設定されたエネルギーまで立ち上がるには相当の時間を要しうる。そこで、放射線の照射の開始から放射線のエネルギーが所定レベルに到達するまでの放射線のエネルギーを第１エネルギーＲとし、それ以降の放射線のエネルギーを第２エネルギーＢとして上記の実施形態を適用することができる。このような方式によれば、特別な放射線源を用いることなくエネルギーサブトラクション法のための放射線画像を得ることができる。
【００５７】
なお、図４のタイミングチャートに示す例では、期間Ｔ１に照射される放射線のエネルギーの最大値は、期間Ｔ２に属し期間Ｔ１に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きくされている。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１６のタイミングチャートに示す例では、逆に、期間Ｔ２に属し期間Ｔ１に属しない期間に照射される放射線のエネルギーの最大値は、期間Ｔ１に照射される放射線のエネルギーの最大値より大きくされている。
【００５８】
エネルギーサブトラクションを行う場合、エネルギーの大きい放射線に応じた信号とエネルギーの小さい放射線に応じた信号とを準備し、サブトラクション処理を行うことが望ましい。しかし、図４に示す例では、エネルギーの大きい第２エネルギーＢの放射線に対応する信号と、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号と、が読出回路１１３によって読み出される。そして、それらの信号のサブトラクション処理により、第２エネルギーＢの放射線に対応する信号と第１エネルギーＲの放射線に対応する信号とを準備しなければならない。その際に、エネルギーの大きな第２エネルギーＢによる大きなノイズ（ショットノイズや量子ノイズ）の影響を、小さなエネルギーの第１エネルギーＲの放射線に対応する信号に受けてしまう。そのため、第１エネルギーＲの放射線に対応する信号に対するＳ／Ｎは不利となる。それにより、サブトラクション処理された信号のＳ／Ｎも不利となる。
【００５９】
一方、図１６に示す例では、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号と、第１エネルギーＲの放射線に対応する信号、が読出回路１１３によって読み出される。すなわち、小さいエネルギーの第１エネルギーＲの放射線に対応する信号が、大きいエネルギーの放射線に対応する信号を用いた演算を行わずに準備できるため、エネルギーの大きな第２エネルギーＢによるノイズの影響が低減される。そのため、図４に示す例に比べて、図１６に示す例では、サブトラクション処理された信号のＳ／Ｎの低下が抑制され有利となる。
【００６０】
このことは、図７に示す例でも同様で、図１７に示す例の方がサブトラクション処理された信号のＳ／Ｎの低下が抑制され有利となる。
【００６１】
図１８は、図１６又は図１７の例で得られた信号に対して、縦軸をエネルギーサブトラクション処理前の信号の比で、横軸をエネルギーサブトラクション処理された信号のＳ／Ｎで、プロットしたものである。図１８では、期間Ｔ１に蓄積された第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号をＢ、期間Ｔ２に蓄積された第２エネルギーＢの放射線に対応する信号をＡ、とした。この場合、Ｂ／Ａが０．３だと最もＳ／Ｎが高く、また、Ｂ／Ａが０．１〜０．５であればＳ／Ｎが著しく低下することがないことがわかる。すなわち、第１画素から出力される信号Ｂが第２画素から出力される信号Ａの半分より小さくなるように、それぞれの読み出される信号の比率を最適にすることにより、エネルギーサブトラクション処理された信号のＳ／Ｎを良好にすることができる。
【００６２】
図８、図９を参照しながら本発明の第２実施形態を説明する。図８には、放射線検出パネル２１２の構成が示され、図９には、放射線検出パネル２１２を有する放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作が示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態（図７に示された例を含む）に従いうる。第２実施形態では、放射線検出パネル２１２が検知回路１５０を備えている。検知回路１５０は、放射線検出パネル２１２に照射された放射線のエネルギーを検知する。検知回路１５０は、例えば、放射線検出パネル２１２に照射された放射線のエネルギーを検知し、そのエネルギーを示す情報を制御部２１４に供給しうる。この場合、制御部２１４は、検知回路１５０から供給される情報に基づいて、放射線のエネルギーが第１エネルギーＲから第２エネルギーＢに変化するタイミングを検知し、放射線検出パネル２１２にその結果を通知することができる。放射線検出パネル２１２の駆動回路１１４は、この通知に応じて、奇数行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）のゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３に供給されるゲート信号をアクティブレベルからインアクティブレベルに変化させうる。これにより、全てのフレームにおいて、奇数行の撮像画素ＰＩＸ（第１画素）のゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３に供給されるゲート信号をアクティブレベルからインアクティブレベルに変化させる際の放射線のエネルギーを同じレベルにすることができる。これは、例えば、動画におけるチラツキを抑えるために有利である。検知回路１５０は、例えば、バイアス線Ｂｓを流れる電流を検出することによって放射線検出パネル２１２に照射されている放射線のエネルギーを検知することができる。
【００６３】
あるいは、読出回路１１３が列信号線Ｓｉｇ１〜４を流れる電流を検知することによって放射線検出パネル２１２に照射されている放射線のエネルギーを検知してもよい。ここで、奇数行の撮像画素ＰＩＸのゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３に供給されるゲート信号がアクティブレベルである状態では、奇数行の撮像画素ＰＩＸから列信号線Ｓｉｇ１〜４に、照射された放射線のエネルギーに応じた信号が出力される。奇数行の撮像画素ＰＩＸのゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ３に供給されるゲート信号を継続してアクティブレベルにする代わりに、アクティブレベルとインアクティブレベルとを交互に繰り返してもよい。この場合には、ゲート信号がアクティブレベルにされている状態で放射線のエネルギーレベルが検出され、インアクティブレベルにされている状態でノイズレベルが検出されうる。エネルギーレベルとノイズレベルとの差分を演算することによって、ノイズレベルが除去されたエネルギーレベルを得ることができる。
【００６４】
図１０、図１１を参照しながら本発明の第３実施形態を説明する。図１０には、放射線検出パネル２１２の構成が示され、図１１には、放射線検出パネル２１２を有する放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作が示されている。第３実施形態として言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、放射線検出パネル２１２は、２つの読出回路、即ち、第１読出回路１１３ａおよび第２読出回路１１３ｂを備えている。ここで、画素アレイ１１２は、第１行から第２ｎ行（ｎは自然数）までの複数の行を有するものとする。この場合、第１読出回路１１３ａは、複数の撮像画素ＰＩＸのうち第１から第ｎ行までに配置された撮像画素ＰＩＸから信号を読み出す。また、第２読出回路１１３ｂは、複数の撮像画素ＰＩＸのうち第（ｎ＋１）行から第２ｎ行までに配置された撮像画素ＰＩＸから信号を読み出す。図１０に示された例は、説明の便宜のために、ｎ＝４とされている。
【００６５】
一例において、第１読出回路１１３ａは第１行から第ｎ行までの行の撮像画素ＰＩＸの信号を第１行から順に読み出し、第２読出回路１１３ａは第（ｎ＋１）行から第２ｎ行までの行の撮像画素ＰＩＸの信号を第２ｎ行から順に読み出しうる。この場合、図５を参照して説明した補間を良好に行うためには、第ｎ行の撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーと、第ｎ行の隣の第（ｎ＋１）行の撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーとは異なることが好ましい。例えば、第ｎ行の撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーが第１エネルギーＲである場合、第ｎ行の隣の第（ｎ＋１）行の撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーは第２エネルギーＢであることが好ましい。また、第ｎ行の撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーが第２エネルギーＢである場合、第ｎ行の隣の第（ｎ＋１）行の撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーは第１エネルギーＲであることが好ましい。換言すると、同一の列に属する第ｎ行の撮像画素ＰＩＸと第（ｎ＋１）行の撮像画素ＰＩＸの一方は第１画素であり、他方は第２画素であることが好ましい。
【００６６】
図１１に例示されるように、あるフレームで奇数行を第１画素、偶数行を第２画素とした場合、次のフレームでは偶数行を第１画素、奇数行を第２画素とするように、フレームごとに各撮像画素ＰＩＸが検出する放射線のエネルギーを入れ替えることが好ましい。この場合は、２種類のオフセット画像を準備することが好ましい。
【００６７】
図１２、図１３、図１４を参照しながら本発明の第４実施形態を説明する。図１２には、放射線検出パネル２１２の構成が示され、図１３には、放射線検出パネル２１２を有する放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作が示されている。図１４には、第１画素および第２画素の配置が例示されている。この例では、第１画素Ｐ１１、Ｐ１３、Ｐ２２、Ｐ２４、Ｐ３１、Ｐ３３、Ｐ４２、Ｐ４４が第２エネルギーＢの放射線を検出する撮像画素である。また、第２画素Ｐ１２、Ｐ１４、Ｐ２１、Ｐ２３、Ｐ３２、Ｐ３４、Ｐ４１、Ｐ４３が第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線を検出する撮像画素である。
【００６８】
第４実施形態として言及しない事項は、第１乃至第３実施形態に従いうる。第４実施形態では、第１画素と第２画素とは、画素アレイ１１２の列方向に交互に配置され、かつ、画素アレイ１１２の行方向に交互に配置されている。例えば、第１行には、第１画素としての撮像画素Ｐ１１、Ｐ１３と第２画素としての撮像画素Ｐ１２、Ｐ１４が交互に、即ち、第１画素、第２画素、第１画素、第２画素の順に配置されている。また、第１列には、第１画素としての撮像画素Ｐ１１、Ｐ３１と第２画素としての撮像画素Ｐ２１、Ｐ４１が交互に、即ち、第１画素、第２画素、第１画素、第２画素の順に配置されている。このような構成は、図５を参照して説明した補間を良好に行うために有利である。
【００６９】
また、互いに隣り合う行にそれぞれ配置された第１画素（例えば、Ｐ２２、Ｐ２４、Ｐ３１、Ｐ３３）が同一のゲート線（信号線）を介して駆動回路１１４によって駆動されうる。このような構成は、ゲート線の数を減らすために有利である。
【００７０】
図１５を参照しながら本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態として言及しない事項は、第１乃至第４実施形態に従いうる。第５実施形態では、各撮像画素ＰＩＸが、放射線を電気的な信号に変換する変換素子Ｃと、変換素子Ｃからの信号に応じた信号を複数の列信号線のうち対応する列信号線Ｓｉｇに出力する出力回路部２０２とを含む。駆動回路１１４は、第１期間に照射された放射線に応じた信号が複数の第１画素から出力され、第２期間に照射された放射線に応じた信号が複数の第２画素から出力されるように、複数の撮像画素ＰＩＸの各々の出力回路部２０２を制御する。
【００７１】
出力回路部２０２は、リセットスイッチ２２１（リセット部）、増幅回路２３０、感度変更部２４０、クランプ回路２６０、サンプルホールド回路（保持部）２７０、２８０、出力回路３１０を含む。
【００７２】
変換素子Ｃは、放射線を電気信号に変換する。変換素子Ｃは、例えば、複数の画素で共有されうるシンチレータと、光電変換素子とで構成されうる。変換素子Ｃは、変換された電気信号（電荷）、即ち放射線に応じた電気信号を蓄積する電荷蓄積部を有し、電荷蓄積部は、増幅回路２３０の入力端子に接続されている。
【００７３】
増幅回路２３０は、ＭＯＳトランジスタ２３５、２３６、電流源２３７を含みうる。ＭＯＳトランジスタ２３５は、ＭＯＳトランジスタ２３６を介して電流源２３７に接続されている。ＭＯＳトランジスタ２３５および電流源２３７によってソースフォロア回路が構成される。ＭＯＳトランジスタ２３６は、イネーブル信号ＥＮが活性化されることによってオンして、ＭＯＳトランジスタ２３５および電流源２３７によって構成されるソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
【００７４】
変換素子Ｃの電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ２３５のゲートは、電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部ＣＶＣとして機能する。即ち、電荷電圧変換部ＣＶＣには、電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部ＣＶＣは、リセットスイッチ２２１を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳが活性化されるとリセットスイッチ２２１がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。リセットスイッチ２２１は、変換素子Ｃの電荷蓄積部に接続された第１主電極（ドレイン）と、リセット電位Ｖｒｅｓが与えられる第２主電極（ソース）と、制御電極（ゲート）とを有するトランジスタを含みうる。該トランジスタは、該制御電極にオン電圧が与えられることによって該第１主電極と該第２主電極とを導通させて変換素子Ｃの電荷蓄積部をリセットする。
【００７５】
クランプ回路２６０は、リセットされた電荷電圧変換部ＣＶＣの電位に応じて増幅回路２３０から出力されるリセットノイズレベルをクランプ容量２６１によってクランプする。クランプ回路２６０は、変換素子Ｃで変換された電荷（電気信号）に応じて増幅回路２３０から出力される信号（放射線信号）からリセットノイズレベルをキャンセルするための回路である。リセットノイズベルは、電荷電圧変換部ＣＶＣのリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプ動作は、クランプ信号ＰＣＬを活性化することによってＭＯＳトランジスタ２６２をオンさせた後に、クランプ信号ＰＣＬを非活性化することによってＭＯＳトランジスタ２６２をオフさせることによってなされる。
【００７６】
クランプ容量２６１の出力側は、ＭＯＳトランジスタ２６３のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２６３のソースは、ＭＯＳトランジスタ２６４を介して電流源２６５に接続されている。ＭＯＳトランジスタ２６３と電流源２６５とによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２６４は、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０が活性化されることによってオンして、ＭＯＳトランジスタ２６３と電流源２６５とによって構成されるソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
【００７７】
出力回路３１０は、ＭＯＳトランジスタ３１１、３１３、３１５、行選択スイッチ３１２、３１４を含む。ＭＯＳトランジスタ３１１、３１３、３１５は、それぞれ、列信号線３２１、３２２に接続された不図示の電流源とともにソースフォロア回路を構成する。
【００７８】
変換素子Ｃで発生した電荷に応じてクランプ回路２６０から出力される信号である放射線信号は、サンプルホールド回路２８０によってサンプルホールド（保持）されうる。サンプルホールド回路２８０は、スイッチ２８１および容量２８２を有しうる。スイッチ２８１は、サンプルホールド信号ＴＳが活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力される放射線信号は、サンプルホールド信号ＴＳが活性化されることによって、スイッチ２８１を介して容量２８２に書き込まれる。
【００７９】
リセットスイッチ２２１によって電荷電圧変換部ＣＶＣの電位がリセットされ、ＭＯＳトランジスタ２６２がオンした状態では、クランプ回路２６０からは、クランプ回路２６０のノイズレベル（オフセット成分）が出力される。クランプ回路２６０のノイズレベルは、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールド（保持）されうる。サンプルホールド回路２７０は、スイッチ２７１および容量２７２を有しうる。スイッチ２７１は、サンプルホールド信号ＴＮが活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力されるノイズレベルは、サンプルホールド信号ＴＮが活性化されることによって、スイッチ２７１を介して容量２７２に書き込まれる。
【００８０】
行選択信号ＶＳＴが活性化されると、サンプルホールド回路２７０、２８０に保持されている信号に応じた信号が列信号線Ｓｉｇとしての第１列信号線３２１、第２列信号線３２２に出力される。具体的には、サンプルホールド回路２７０によって保持されているノイズレベルに応じた信号ＮがＭＯＳトランジスタ３１１および行選択スイッチ３１２を介して列信号線３２１に出力される。また、サンプルホールド回路２８０によって保持されている放射線信号に応じた信号ＳがＭＯＳトランジスタ３１３および行選択スイッチ３１４を介して列信号線３２２に出力される。
【００８１】
撮像画素ＰＩＸは、複数の撮像画素ＰＩＸの信号を加算するための加算スイッチ３０１、３０２を含んでもよい。加算モード時は、加算モード信号ＡＤＤＮ、ＡＤＤＳが活性化される。加算モード信号ＡＤＤＮの活性化により複数の撮像画素ＰＩＸの容量２７２同士が接続され、信号（ノイズレベルまたは放射線信号）が平均化される。加算モード信号ＡＤＤＳの活性化により複数の撮像画素ＰＩＸの容量２８２同士が接続され、放射線信号が平均化される。
【００８２】
撮像画素ＰＩＸは、感度変更部２４０を含みうる。感度変更部２４０は、スイッチ２４１、２４２、容量２４３、２４４、ＭＯＳトランジスタ２４５、２４６を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥが活性化されると、スイッチ２４１がオンして、電荷電圧変換部ＣＶＣの容量値に第１付加容量２４３の容量値が付加される。これによって、撮像画素ＰＩＸの感度が低下する。更に第２変更信号ＷＩＤＥ２も活性化されると、スイッチ２４２もオンして、電荷電圧変換部ＣＶＣの容量値に第２付加容量２４４の容量値が付加される。これによって撮像画素ＰＩＸの感度が更に低下する。撮像画素ＰＩＸの感度を低下させる機能を追加することによって、ダイナミックレンジを広げることができる。第１変更信号ＷＩＤＥが活性化される場合には、イネーブル信号ＥＮＷが活性化されてもよい。この場合、ＭＯＳトランジスタ２４６がソースフォロア動作をする。
【００８３】
読出回路１１３は、以上のような撮像画素ＰＩＸから列信号線Ｓｉｇを介して信号を読み出してバッファ１０９を介してＡＤ変換器１１０に供給する。ＡＤ変換器１１０は、その信号をＡＤ変換して、放射線画像データとして、コンピュータ２４０に供給しうる。
【００８４】
第１乃至第４実施形態では、撮像画素ＰＩＸのスイッチＳＷの制御端子に供給されるゲート信号を制御することによって、第２エネルギーＢの放射線に対応する信号と、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号とが検出される。第５実施形態では、撮像画素ＰＩＸの出力回路部２０２を制御によって、第２エネルギーＢの放射線に対応する信号と、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号とが検出される。あるいは、第５実施形態では、撮像画素ＰＩＸの出力回路部２０２を制御によって、第１エネルギーＲの放射線に対応する信号と、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に対応する信号とが検出される。撮像画素ＰＩＸの出力回路部２０２の制御は、例えば、行単位または列単位で以下のような駆動方法になされうる。
【００８５】
第１の駆動方法では、第１エネルギーＲの放射線の照射中は奇数行の撮像画素ＰＩＸのクランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２６２をオン状態にする。そして、第２エネルギーＢへの遷移に応じてクランプ信号ＰＣＬをインアクティブレベルにする。これにより、第１エネルギーＲの放射線に応じて増幅回路２３０から出力される信号がクランプ容量２６１によってクランプされる。次いで、第２エネルギーＢの放射線の照射に応じた信号が増幅回路２３０からクランプ容量２６１に供給され、クランプ回路２６０からは、第２エネルギーＢの放射線の照射に応じた信号が出力される。一方、偶数行の撮像画素ＰＩＸについては、第１エネルギーＲの放射線の照射の前にクランプ信号ＰＣＬがインアクティブレベルにされる。したがって、クランプ回路２６０からは、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が出力される。これにより、奇数行の撮像画素ＰＩＸからは、第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が出力され、偶数行の撮像画素ＰＩＸからは、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が出力される。以上の動作において、奇数行の撮像画素ＰＩＸの駆動方法と偶数行の撮像画素ＰＩＸの駆動方法とを入れ替えてもよい。
【００８６】
第２の駆動方法では、第１エネルギーＲの放射線の照射中は、奇数列のリセット信号ＰＲＥＳをアクティブレベルにして、リセットスイッチ２２１をオン状態にし、変換素子Ｃをリセット状態に維持する。そして、第２エネルギーＢの放射線の照射の開始に応じて、奇数列のリセット信号ＰＲＥＳをインアクティブレベルに変更し、第２エネルギーＢの放射線に応じた信号を奇数列の撮像画素ＰＩＸの容量２８２に書き込む。一方、偶数列については、第１エネルギーＲの放射線の照射の前に、リセット信号ＰＲＥＳをインアクティブレベルにする。これにより、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に応じた信号を偶数列の撮像画素ＰＩＸの容量２８２に書き込む。このような動作により、奇数行の撮像画素ＰＩＸからは、第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が出力され、偶数行の撮像画素ＰＩＸからは、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が出力される。
【００８７】
第３の駆動方法では、第１エネルギーＲの放射線の照射中に、奇数列の光信号サンプリング信号ＴＳをアクティブレベルにすることにより、第１エネルギーＲの放射線に応じた信号を奇数列の撮像画素ＰＩＸの容量２８２に書き込む。その後、第２エネルギーＢの放射線の照射の直前に、奇数列の光信号サンプリング信号ＴＳをインアクティブレベルにする。これにより、奇数列の撮像画素ＰＩＸの容量２８２には、第１エネルギーＲの放射線に応じた信号のみが書き込まれる。一方、偶数列については、第２エネルギーＢの放射線の照射の終了後に、光信号サンプリング信号ＴＳをアクティブレベルにした後にインアクティブレベルにする。これにより、偶数列の撮像画素ＰＩＸの容量２８２には、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が書き込まれる。このような動作により、奇数行の撮像画素ＰＩＸからは、第１エネルギーＲの放射線に応じた信号が出力され、偶数行の撮像画素ＰＩＸからは、第１エネルギーＲおよび第２エネルギーＢの放射線に応じた信号が出力される。
【符号の説明】
【００８８】
２１２  放射線検出パネル
２１４  制御部
１１２  画素アレイ
１１３  読出回路
１１４  駆動回路
ＰＩＸ  撮像画素
Ｃ  変換素子
ＳＷ  スイッチ
Ｓｉｇ  列信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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