(57)【要約】【課題】信号線方向に対して２分割構造を有する平面検出器において、分割面の双方でオフセット値がずれにくく、画像劣化を生じにくくする。【解決手段】放射線平面検出器１０は、信号線がそれぞれ、行方向に沿って仮想的に形成された信号線分割線により分割された構造の放射線センサ３１と、ゲート線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路３と、駆動電圧が印加されゲートをＯＮにされた任意の１本のゲート線と接続された画素群に接続される信号線を介して画像信号情報を読み取るとともに、全てのゲート線に駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにされた状態で信号線毎に当該信号線に接続された全ての画素からリーク信号情報を読み取る信号読取回路４と、画像信号情報をリーク信号情報に基づいて補正処理する画像処理回路８と、を備える。【選択図】図５
2011250083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、可視光を画素信号に変換する画素が二次元状に配列され、前記画素はそれぞれ、第１の方向に延伸する複数本のゲート線のうちの１本及び前記第１の方向と直交する第２の方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本に接続されるとともに、前記複数の信号線は、それぞれ、前記第１の方向に沿って仮想的に形成された信号線分割線により分割され、前記画素上には放射線を可視光に変換する蛍光変換膜が設けられた放射線センサと、
前記ゲート線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路と、
前記放射線センサの周囲に設けられて前記分割された信号線のそれぞれの一端と接続され、前記駆動電圧が印加されゲートをＯＮにされた任意の１本の前記ゲート線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して画像信号情報を読み取るとともに、全ての前記ゲート線に前記駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにされた状態で信号線毎に当該信号線に接続された全ての画素からリーク信号情報を読み取る信号読取回路と、
前記画像信号情報を前記リーク信号情報に基づいて補正処理する画像処理回路と、
を備えることを特徴とする放射線平面検出器。
【請求項２】
前記画像処理回路における補正処理は、前記駆動電圧が印加されゲートをＯＮにされた任意の１本の前記ゲート線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して読み取った画像信号情報から、全てのゲート線に前記駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦした状態で前記信号線と同一の信号線上に接続された全ての画素から読み取ったリーク信号情報を減算することを特徴とする請求項１記載の放射線平面検出器。
【請求項３】
前記複数の信号読取回路は、前記ゲート駆動回路により駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにしてリーク信号情報を読み取る時間を、前記駆動電圧が印加されゲートをＯＮにされた任意の１本の前記ゲート線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して画像信号情報を読み取る時間に対してｋ（整数）倍とし、前記画像処理回路において、前記ゲート駆動回路により駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにしてリーク信号情報を読み取った値の１／ｋを前記リーク信号情報として用いることを特徴とする請求項１記載の放射線平面検出器。
【請求項４】
前記複数の信号読取回路は、前記ゲート駆動回路により駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにしてリーク信号情報を読み取る際に、それぞれ、信号線毎に、少なくとも1回のサンプリングを行うことを特徴とする請求項１記載の放射線平面検出器。
【請求項５】
前記複数の信号読取回路は、前記ゲート駆動回路により駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにしてリーク信号情報を読み取る際に、それぞれ、信号線毎にｎ回のサンプリングを行い、前記画像処理回路においてｎ回のサンプリングによる平均値を前記リーク信号情報として用いることを特徴とする請求項４記載の放射線平面検出器。
【請求項６】
前記基板は、前記信号線分割線により２分割され、前記信号線分割線の上下に２つの分割面を有することを特徴とする請求項１記載の放射線平面検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像の劣化を抑制できる放射線平面検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面検出器（Flat Panel Imager：以下、「ＦＰＩ」と記す）を用いたＸ線撮像装置が実用化されている。このＦＰＩを用いたＸ線撮像装置は、フィルムを用いたＸ線撮像装置よりも優れた感度や画質を有することや、動画像も撮影できるという優れた利点を有している。
【０００３】
ＦＰＩは、例えば、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、９つの画素１がガラス基板２上に３×３のマトリックス状に配置され、ＴＦＴアレイ基板７を構成している。
【０００４】
画素１は、光電変換素子１１及びスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１２を有しており、さらにＴＦＴ１２がＴＦＴをスイッチするためのゲート線１３及び信号を読み出すための信号線１４と接続される一方、光電変換素子１１がバイアス線１５と接続されている。
【０００５】
ＴＦＴアレイ基板７の周囲には、ＴＦＴのゲートを制御するためのゲート駆動回路３と、各画素からの電荷信号を電気信号に変換する信号読取回路４と、画像処理回路５と、電源６とが設けられている。
【０００６】
ＦＰＩでは、Ｘ線源から人体にＸ線が照射されると、人体を透過したＸ線を蛍光体で可視光に変換し、ＴＦＴアレイ基板７の光電変換素子１１で電荷を蓄積し、ＴＦＴ１２をＯＮ（オン、閉回路状態）にして蓄積した電荷を光電変換素子１１から読み出し、信号線１４を介して電荷信号として出力する。
【０００７】
電荷信号は信号読取回路４において電気信号に変換され、電気信号は複数の信号増幅回路で増幅された後、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）でデジタル信号へ変換される。デジタル信号へ変換された画像データは、画像処理回路５によって動画像に処理され、モニタへ表示される。映像信号は上記過程を一フレームとして繰り返し動作を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
動画用Ｘ線平面検出器の場合、フレームレートを速くするために（日本の場合で秒３０コマ）、ＴＦＴアレイ基板７の中央付近で信号線１４を切断し、ＴＦＴアレイ基板７の両端に信号読取回路４を装着して、分割面に対してそれぞれ別々に画素データをサンプリングして高速化するよう工夫が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２４２８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したように、ＦＰＩでは、任意のＴＦＴ１２がＯＮされるとそのＴＦＴ１２と接続された光電変換素子１１から信号線１４を通して電荷が読み出されるが、その信号線１４にはそれ以外のＴＦＴ１２も接続されているために、ＯＮしているＴＦＴ１２以外のＯＦＦにされているＴＦＴ１２の画素からも同時にＯＦＦ時の電荷が読み出されてしまう。
【００１１】
しかも、比較的強いＸ線が照射されると、Ｘ線による影響でオフセット値が変化し、コントラストが付かないなど画像診断に支障をきたす場合がある。特に、信号線１４のパタンがＴＦＴアレイ基板７の途中で切断され、信号線１４に対して２分割構造を有している場合に、比較的強い連続Ｘ線が信号線の分割面に対して非対称に照射されると、それぞれの分割面でオフセット値がずれて画像診断に支障をきたすという不具合が生じることがあった。
【００１２】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、信号線方向に対して２分割構造を有している場合でも信号線の分割面の双方でオフセット値がずれにくく、画像劣化が生じにくい放射線平面検出器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】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の放射線平面検出器は、基板上に、可視光を画素信号に変換する画素が二次元状に配列され、前記画素はそれぞれ、第１の方向に延伸する複数本のゲート線のうちの１本及び前記第１の方向と直交する第２の方向に延伸する複数本の信号線のうちの１本に接続されるとともに、前記複数の信号線は、それぞれ、前記第１の方向に沿って仮想的に形成された信号線分割線により分割され、前記画素上には放射線を可視光に変換する蛍光変換膜が設けられた放射線センサと、前記ゲート線毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路と、前記放射線センサの周囲に設けられて前記分割された信号線のそれぞれの一端と接続され、前記駆動電圧が印加されゲートをＯＮにされた任意の１本の前記ゲート線と接続された画素群に接続される前記信号線を介して画像信号情報を読み取るとともに、全ての前記ゲート線に前記駆動電圧を印加せずにゲートをＯＦＦにされた状態で信号線毎に当該信号線に接続された全ての画素からリーク信号情報を読み取る信号読取回路と、前記画像信号情報を前記リーク信号情報に基づいて補正処理する画像処理回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信号線方向に対して２分割構造を有している放射線平面検出器においても信号線の分割面の双方でオフセット値がずれにくく、画像劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】分割線の両側でオフセット値がずれる現象を観察するための測定方法を示す概略図。
【図２】図１の測定方法により得られた撮影映像の例を示す概略図。
【図３】画素に接続されたゲートと信号との関係を説明する回路図。
【図４】Ｘ線が当たっている画素数とオフセット値との関係を示すグラフ。
【図５】本発明に係る放射線平面検出器の一実施の形態を示す構成図。
【図６】図５の放射線センサの斜視図。
【図７】図６の放射線センサのＴＦＴアレイ基板を示す概略図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は画素内部の等価回路図。
【図８】図５の放射線平面検出器の信号読取回路を示す構成図。
【図９】本発明に係る放射線平面検出器の一実施の形態において、ＴＦＴのゲートをＯＮにして画素信号を読み出す際のタイミングを示すタイミングチャート。
【図１０】本発明に係る放射線平面検出器の一実施の形態において、ＴＦＴのゲートをＯＦＦにして画素信号を読み出す際のタイミングを示すタイミングチャート。
【図１１】本発明に係る放射線平面検出器の一実施の形態により得られた撮影画像の例を示す概略図。
【図１２】本発明に係る放射線平面検出器の一実施の形態の画像処理方法を説明するフローチャート。
【図１３】従来の平面検出器の概略を示すものであり、（ａ）は全体図、（ｂ）は画素内部の等価回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者は、上記課題を解決すべく、先ず、比較的強い連続Ｘ線が信号線分割線に対して非対称に照射されると分割線の両側でオフセット値がずれる現象について検討した。
【００１７】
図１は、この現象を観察するための測定方法を示す概略図である。
【００１８】
本実験では、信号線に対して上部２０ａと下部２０ｂとを有する２分割構造の放射線平面検出器２０を用い、信号線分割線２１に対して鉛２２を非対称に配置し、Ｘ線源２３からＸ線を照射させた。なお、Ｘ線は時間的に連続なＸ線を照射している。
【００１９】
図２に、得られた撮影映像の一例を示す。
【００２０】
この撮影画像の画面２５の上部２５ａ、下部２５ｂは、図１に示す平面検出器２０の上部２０ａ、下部２０ｂに対応している。信号線分割線２６に対して、上下面（Ａエリア２７とＢエリア２８）で画素値のレベルが異なっている。本来ならば、同じ画素値を示さなくてはならない。
【００２１】
一般的に知られているＴＦＴは、フォトダイオード等の光電変換素子と同様に、アモルファスシリコンプロセスで作成されており、光の照射によってＯＮ抵抗値、ＯＦＦ抵抗値が下がる性質を持っている。このため、蛍光膜によって発生した光が直接ＴＦＴに入射しないようにＴＦＴの上を不透明な金属パタンで覆い、遮光が施されている。
【００２２】
ところが、直接線などの高強度のＸ線（人体に照射されるＸ線の２０倍程度））が照射されると、照射エネルギーに比例して光フォトン数も増大するためにＴＦＴの裏面などからＴＦＴに微弱な光が進入し、わずかながらＴＦＴの抵抗値が下がってしまう。
【００２３】
図３に示すように、画素１ａに属するＴＦＴ１２ａのゲートＮｏ．１をＯＮにすると光電変換素子１１ａから電荷が読み出されるが、信号線１４ａにはゲートＮｏ．２やゲートＮｏ．３に属するＴＦＴ１２ｂ，１２ｃも接続されている。ゲートＮｏ．１以外のゲートＮｏ．２やゲートＮｏ．３は全てＯＦＦの状態になっており、ＯＦＦにされているＴＦＴ１２ｂ，１２ｃの画素１ｂ，１ｃからも同時にリーク電荷が読み出される。一つのＴＦＴ１２ａがＯＮしているタイミングにＯＦＦしているＴＦＴ１２ｂ，１２ｃ近傍に直接線が当たってしまうと、ＴＦＴ１２ｂ，１２ｃのＯＦＦ抵抗値が下がるためにリーク電流がさらに多く検出される。
【００２４】
本発明者は、直接線が当たっている信号線上のＴＦＴ個数にほぼ比例してリーク電流が上昇することを実験的に突き止めた。
【００２５】
図４に、Ｘ線を照射させた状態で全てのゲートをＯＦＦにした場合に、画素数とオフセット値との関係を調べた結果を示す。
【００２６】
横軸はＸ線が当たっている画素数、横軸はその時のオフセット値（デジタル値）を示している。
【００２７】
この結果からも明らかなように、直接線が当たっている信号線上のＴＦＴ個数にほぼ比例してリーク電流が上昇している。また、オフセット値はサンプリング時間（積算時間）に比例するが、線質や線量に依存しないことも分かった。
【００２８】
即ち、直接線が当ったＴＦＴ１２一つあたりのリーク増加は非常に低いレベルであるが、実際には、信号線１４の１本あたりに数百から数千のＴＦＴ１２が接続されているために、全体として無視できないレベルまでリークが増加してしまう。これはいままで知られていなかった現象である。
【００２９】
このような現象は、例えば、パルス透視のようにＸ線パルス幅を固定して電荷を読み出すタイミングにＴＦＴ１２にＸ線が照射されないようにタイミング調整すれば発生しないが、連続Ｘ線を照射する場合のように、ＴＦＴ１２がＯＮしているタイミングでＸ線が照射されると必ず発生する現象であることを本発明者は突き止めた。
【００３０】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
（放射線平面検出器の全体構成）
図５に、本発明に係る放射線平面検出器の一実施の形態を示す。
【００３２】
この放射線平面検出器１０は、入射したＸ線を光に変換する蛍光体層及び入射した光を電荷信号に変換する画像検出部を有する放射線センサ３１と、画像検出部に２次元的に配置された画素につきゲート毎に順次駆動電圧を印加するゲート駆動回路３と、選択された一行の画素の電荷信号を読み取る読取回路４と、リーク信号が混入した画像信号からリーク信号を減算して画像処理を行う画像処理回路８と、を有している。
【００３３】
（放射線センサ３１）
図６は、放射線センサ３１の具体的な構成の一例を示すものである。
【００３４】
この放射線センサ３１は、入射Ｘ線３２を蛍光に変換する蛍光変換膜３４と、この蛍光を電気信号による画像情報へと変換する画像検出部３６とを備えている。
【００３５】
画像検出部３６は、ガラス基板２上に、光電変換素子及びＴＦＴを含む画素１が多数配列されたＴＦＴアレイ基板７から構成される。
【００３６】
（ＴＦＴアレイ基板７）
図７は、ＴＦＴアレイ基板７の一例を示す回路図である。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）において、ＴＦＴアレイ基板７は、光電変換素子１１及びＴＦＴ１２を有する画素１が複数個マトリックス状にガラス基板２上に配置されて形成されており、さらにＴＦＴアレイ基板７上ではＴＦＴ１２がＴＦＴをスイッチするためのゲート線１３及び信号を読み出すための信号線１４と接続されている。
【００３８】
また、ＴＦＴアレイ基板７では、フレームレートを速くするためにその中央付近の信号線分割線２１で信号線１４パタンが切断され、その端部の両端に信号読取回路４を装着して、信号線分割線２１に対してそれぞれの側で別々に画素データをサンプリングして動作を高速化できるようにされている。
【００３９】
更に、ＴＦＴアレイ基板７の周囲には、ＴＦＴのゲートを制御するための複数のゲート駆動回路３と、各画素からの電荷信号を電気信号に変換する上述した複数の信号読取回路４と、図示しない画像処理回路と、図示しない電源とが設けられている。
【００４０】
（信号読取回路４）
図８に、信号読取回路４の構成例を示す。
【００４１】
信号読取回路４では、各画素からの電荷信号を積分アンプ４１で電圧に変換し、アナログ電圧アンプで電圧増幅する。その後、電圧アンプ４２を経て、サンプルホールド回路４３でサンプルホールドされる。この間の処理は、各信号線１４に対して並列処理される。並列処理された信号をマルチプレクサ回路４４で一つに選択し、Ａ／Ｄ変換器４５を通してデジタル値に変換する。図示しない後段回路では、画像並び替え、画像処理などが施されて画像信号として出力される。
【００４２】
（画素信号を読み出す際のタイミング）
図９は、本実施形態における、ＴＦＴのゲートをＯＮして画素信号を読み出す際のタイミングを示している。
【００４３】
先ず、ゲート１でゲートパルスがＯＮされると電荷が読み出されるが、信号読取回路４では電荷を読み出す前と読み出した後の２回サンプリングをして読取り、その差分を出力する。ＳＰＬ＿ＯＮは、サンプリングの時間幅を示している。
【００４４】
次に、ゲート２からゲートｎまでも同様にしてゲートパルスがＯＮされて電荷が読み出される前と後の２回サンプリングをして読取り、その差分を出力する。
【００４５】
図１０は、本実施形態における、全てのＴＦＴのゲートをＯＦＦして画素信号を読み出すタイミングを示している。
【００４６】
全てのＴＦＴのゲートをＯＦＦしてゲート１からゲートｐまで順次、同じサンプリング時間で画素信号を読み出せば、直接線が当たっている信号線上のＴＦＴ個数にほぼ比例したリーク電流を検出することができる。ＳＰＬ＿ＯＦＦはサンプリングの時間幅を示している。
【００４７】
ここで、ＴＦＴがＯＮされている場合と全てのＴＦＴがＯＦＦされている場合とではＯＦＦしているＴＦＴの個数に１個の差が生じるが、同一信号線上の画素数は通常１００個以上であり、この差はほとんど無視できる。実際にＴＦＴがＯＮしている場合と全てのＴＦＴがＯＦＦしている場合とで信号の比較を実施したが、差異は認められなかった。
【００４８】
そこで、ＴＦＴのゲートをＯＦＦして、分割面に対して１信号線あたりそれぞれ１回のサンプリングを行い、ＴＦＴのゲートをＯＮした同一信号線上の画素信号からＴＦＴのゲートをＯＦＦして読み取った画素信号をそれぞれの信号線に渡り同一値を減算した。結果を図１１に示す。
【００４９】
図２と比較して、全体的にオフセットの値が下がり、信号線分割線の上下でオフセット差がないことが判る。これより、信号線分割面のオフセットの差が解消されることが実験により証明された。なお、解消される時のＳＰＬ＿ＯＦＦ時間は、ＳＰＬ＿ＯＮ時間とほぼ同じとしている。
【００５０】
（画像処理方法）
次に、本実施の形態の画像処理方法について詳しく説明する。
【００５１】
図１２は、図５に示す画像処理回路８での画像処理方法を説明するフローチャートである。
【００５２】
先ず、ＴＦＴのゲートをＯＦＦの状態でのデータであるＤＡＴＡ（ｘ）ＳＰＬ＿ＯＦＦをサンプリングし（Ｓ５３）、平均値をオフセットＬＵＴ（ｘ）ＳＰＬ＿ＯＦＦとしてメモリに格納しておく（Ｓ５４）。
【００５３】
次に、ＤＡＴＡ（ｘ）ＳＰＬ＿ＯＦＦに対して、フレーム単位で、時系列データを平滑化する手法である移動平均又はリカーシブル演算を施し（Ｓ５６）、この値から減算回路でオフセットＬＵＴ（ｘ）ＳＰＬ＿ＯＦＦを減じた後（Ｓ５７）、画素の近傍の画素に重みをかけたり画面にノイズを加えたりして足し合わせた画像を作る空間処理フィルタ処理を施し（Ｓ５８）、乗算回路で定数を掛ける（Ｓ５９）。
【００５４】
また、Ｓ５５のＤＡＴＡ（ｘ，ｙ）ＳＰＬ＿ＯＮは、ＴＦＴのゲートをＯＮした際の通常のデータで、添え字ｘがシグナル方向、ｙがゲート方向をそれぞれ示している。
【００５５】
最後に、ＤＡＴＡ（ｘ，ｙ）ＳＰＬ＿ＯＮからＳ５９での演算結果を減算する（Ｓ６０）。ここで、同一シグナル線上の値は同一の値で減算処理をするが、途中シグナル線が切断されている構造では、同一シグナル線につながっている画素内で処理を行う。
【００５６】
ＴＦＴのゲートをＯＦＦしてサンプリングする場合、一回のサンプリングデータでは減算処理によって付加されるノイズ量が多い。サンプリング回数をｎ、一回のサンプリングで付加されるノイズ量をNOISEとすれば、サンプリング回数ｎを増やして平均化処理を行えば、付加されるノイズは、NOISE／√ｎに小さくすることができる。
【００５７】
また、ＴＦＴをＯＮしている時に、その他のＯＦＦしているＴＦＴから増加するリーク電流は、サンプリング時間に比例して増加する。このため、全てのＴＦＴのゲートをＯＦＦして信号を読む際のサンプリング時間を長くすれば、サンプリング時間に比例してリーク量も増加する。
【００５８】
よって、ＴＦＴをＯＮしている際のサンプリング時間ＳＰＬ＿ＯＮ時間に対して、全てのＴＦＴのゲートをＯＦＦしてサンプリングする時間ＳＰＬ＿ＯＦＦ時間を例えばｋ倍長くする。これより、ＳＰＬ＿ＯＮ＝ＳＰＬ＿ＯＦＦ／ｋと表されるから、減算処理によって付加されるノイズ量はNOISE／ｋとなり、付加されるノイズを１／ｋに軽減することができる。
【００５９】
以上、一フレーム内の処理について述べてきたが、各々の信号線に対してＯＦＦ時間にサンプリングした信号に対してフレームにわたり、同一アドレスの画素の移動平均処理又はリカーシブル演算処理をすることでもノイズを下げることができる。全てのＴＦＴのゲートをＯＦＦして画素信号を読み出すタイミングは、動画像の場合、フレーム遅れが生じるために同一フレーム内で処理をすることが望ましい。ノイズが増える影響を考慮しなければ、Ｓ５６のリカーシブル演算や移動平均処理を除いたり、Ｓ５８の空間処理フィルタを省いたりすることも可能である。また、Ｓ５８とＳ５９の処理の順番を変えることもできる。
【００６０】
なお、上記の実施の形態ではアモルファスシリコンＴＦＴを用いた例について述べてきたが、ポリシリコンＴＦＴについても同様な効果が得られることは明らかである。
【符号の説明】
【００６１】
１：画素
２：ガラス基板
３：ゲート駆動回路
４：信号読取回路
５：画像処置回路
６：電源
７：ＴＦＴアレイ基板
８：画像処理回路
１０：放射線平面検出器
１１：光電変換素子
１２：ＴＦＴ
１３：ゲート線
１４：信号線
１５：バイアス線
２０：放射線平面検出器
２１：信号線分割線
３１：放射線センサ
３４：蛍光変換膜
３６：画像検出部
【図１】
2011250083.tif 000003
【図２】
2011250083.tif 000004
【図３】
2011250083.tif 000005
【図４】
2011250083.tif 000006
【図５】
2011250083.tif 000007
【図６】
2011250083.tif 000008
【図７】
2011250083.tif 000009
【図８】
2011250083.tif 000010
【図９】
2011250083.tif 000011
【図１０】
2011250083.tif 000012
【図１１】
2011250083.tif 000013
【図１２】
2011250083.tif 000014
【図１３】
2011250083.tif 000015