放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法
【課題】Ａ／Ｄ変換後の画像補正を複雑にすることなく、適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像を得る。
【解決手段】放射線の照射終了後、ＦＰＤの撮像領域における一次元の入射線量の分布である線量プロファイルを測定する。線量プロファイルの最大値と最小値の差Δｄであるコントラストに基づいて、信号電荷を読み出す際のゲインの値を決定する。ゲインは、コントラストが大きい場合には小さい値に、コントラストが小さい場合には大きい値に決定される。コントラストが小さい場合にゲインを大きくすることで、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効利用できる。
【解決手段】放射線の照射終了後、ＦＰＤの撮像領域における一次元の入射線量の分布である線量プロファイルを測定する。線量プロファイルの最大値と最小値の差Δｄであるコントラストに基づいて、信号電荷を読み出す際のゲインの値を決定する。ゲインは、コントラストが大きい場合には小さい値に、コントラストが小さい場合には大きい値に決定される。コントラストが小さい場合にゲインを大きくすることで、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効利用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像を検出する放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、放射線、例えばＸ線を利用したＸ線撮影システムが知られている。Ｘ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線源を有するＸ線発生装置と、Ｘ線源が発生し被写体を透過したＸ線の照射を受けて、被写体の画像情報を表すＸ線画像を検出するＸ線画像検出装置とからなる。Ｘ線画像検出装置としては、従来のＸ線フイルムやイメージングプレート（ＩＰ）の代わりに、Ｘ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）を利用したものが実用化されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、ＦＰＤは、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素がマトリクス状に配列された撮像領域を有する検出パネルと、各画素が蓄積した信号電荷を電圧信号として出力する電圧出力回路や、電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を有する、画像読み出し用の信号処理回路とを備えている。
【０００４】
各画素に蓄積される電荷量に応じた電圧信号は、Ｘ線画像の濃度階調を表す画素値に変換される。画素値は、Ａ／Ｄ変換器のビット数で決まるダイナミックレンジ内のデジタル値で表される。特許文献１には、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効利用するために、ＦＰＤに入射するＸ線の線量に応じて、電圧信号を増幅する増幅器（アンプ）の増幅率（ゲイン）を設定可能なＦＰＤが記載されている。
【０００５】
ＦＰＤに入射するＸ線の線量は、撮影部位などによって決められる撮影条件に応じて異なる。線量に比例して画素が蓄積する信号電荷の電荷量は増えるので、線量が多い場合は濃度が高いＸ線画像が、線量が少ない場合は濃度が低いＸ線画像が得られる。特許文献１のＦＰＤでは、入射するＸ線の線量を測定して、線量が多い画像に対してはゲインを小さく、線量が少ない画像に対してはゲインを大きく設定することで、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効利用している。
【０００６】
線量が少ない場合にゲインを上げれば、低濃度域を表す画素値をダイナミックレンジに見合った大きさに引き上げることができ、反対に、線量が大きい場合にゲインを下げれば、高濃度域を表す画素値が飽和することなくダイナミックレンジ内に収まる。これにより画像の濃度に応じた適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像が得られる。
【０００７】
特許文献１には、ゲインの設定方法として、ゲインの値を１つ決定し、１画面の画像を読み出す際には、その値のゲインを１画面内の全画素に対して一律に適用する第１の方法と、特許文献１には、撮像領域内の中央部と周辺部というように複数の領域毎に線量を測定して、各領域の線量に応じて領域毎に異なる値のゲインを設定する第２の方法が記載されている。これによれば、１画面の画像を読み出す際に、複数の領域の濃度に応じた値のゲインが設定されるため、より適切な濃度階調が描出されたＸ線画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２１９５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、１画面の全画素に対して一律に同じ値のゲインを設定する第１の方法では、撮像領域の全域に入射する線量の合計値（撮像領域に入射する総線量）に基づいてゲインが設定されるため、線量の合計値が同じ場合には、濃度差が大きい高濃度域と低濃度域が混在し、最大濃度と最低濃度の濃度差（コントラスト）が大きい画像と、全体的に中間的な濃度を持ち最大濃度と最低濃度の濃度差（コントラスト）が小さい画像の２つの画像とを区別できない。そのため、画像のコントラストの大小にかかわらず、線量の合計値が同じ場合には同じ値のゲインが設定されてしまうため、適切な濃度階調を描出できない場合がある。
【００１０】
これに対して、１画面内の複数の領域毎にゲインを設定する第２の方法では、１画面内の領域間の濃度差に応じた値のゲインが設定されるため、第１の方法に比べて、領域毎に適切な濃度階調が描出できるというメリットがある。しかしながら、第２の方法は、特許文献１にも記載（段落０１１６）されているように、Ａ／Ｄ変換後の画像補正において、領域毎に設定されたゲインに応じた修正処理が必要になるため、Ａ／Ｄ変換後の画像補正（オフセット補正や感度補正）が複雑になるという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的は、Ａ／Ｄ変換後の画像補正を複雑にすることなく、適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の放射線画像検出装置は、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する検出パネルと、前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路と、前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定手段と、前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
前記ゲイン設定手段は、前記コントラストが小さいほど前記ゲインの値を大きくすることが好ましい。
【００１４】
前記コントラストは、前記線量プロファイルにおける最大値と最小値の差である。前記ゲイン設定手段は、前記コントラストに加えて、前記最小値に基づいて前記ゲインの値を決定してもよい。前記線量プロファイルは、前記撮像領域の一部の線量プロファイルでもよい。撮像領域の一部の線量プロファイルとして、例えば関心領域に対応する線量プロファイルを用いれば、関心領域の濃度に応じた適切なゲインを設定できる。
【００１５】
前記配線は、前記撮像領域内において前記画素に列単位で接続され、前記画素から前記信号電荷を読み出すための信号線であり、前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記画素から前記信号線にリークするリーク電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定することが好ましい。
【００１６】
前記電圧出力回路は、信号線毎に接続されており、前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流に応じて前記電圧出力回路が出力する出力電圧を読み出して前記線量プロファイルを測定することが好ましい。前記リーク電流に応じた前記出力電圧の読み出し時には、前記電圧出力回路のゲインを最大にすることが好ましい。
【００１７】
前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流を検出することにより、前記信号線の配列方向の一次元の前記線量プロファイルを測定することが好ましい。
【００１８】
前記線量プロファイル測定手段は、Ｘ線の照射開始後、各行の画素から前記信号線に流れ出す前記リーク電流の時間差を利用して、前記撮像領域内の二次元の前記線量プロファイルを測定することが好ましい。
【００１９】
前記線量プロファイル測定手段は、前記放射線の照射終了後に前記線量プロファイルの測定を開始することが好ましい。
【００２０】
前記画素にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を利用し、前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記バイアス線に流れるバイアス電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定してもよい。
【００２１】
本発明の放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法は、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線と、前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて前記被写体の放射線画像を検出する放射線画像検出装置に用いられ、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインを設定するゲイン設定方法において、前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定ステップと、前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定ステップとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、放射線の照射開始後、信号電荷の読み出し動作を開始する前に、撮像領域における少なくとも一次元の線量プロファイルを測定し、線量プロファイルのコントラストに応じて、ゲインの値を１つ決定し、その値のゲインで読み出し動作を行うから、Ａ／Ｄ変換後の画像補正を複雑にすることなく、適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。
【図２】ＦＰＤの電気的な構成を示す図である。
【図３】線量プロファイルの説明図である。
【図４】ゲインを決定するためのＬＵＴの説明図である。
【図５】コントラストに応じたゲインの設定方法の説明図である。
【図６】線量プロファイルの測定方法の説明図である。
【図７】ゲイン設定方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】関心領域の線量プロファイルのコントラストの説明図である。
【図９】二次元の線量プロファイルの説明図である。
【図１０】リーク電流の時間差の説明図である。
【図１１】各行の画素のリーク電圧の読み出し方法の説明図である。
【図１２】バイアス電流に基づいて線量プロファイルを測定する場合のＦＰＤの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１において、Ｘ線撮影システム１０は、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線撮影装置１２とからなる。Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１３と、Ｘ線源１３を制御する線源制御装置１４と、照射スイッチ１５とで構成される。Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射するＸ線管１３ａと、Ｘ線管１３ａが放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）１３ｂとを有する。
【００２５】
Ｘ線管１３ａは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、陰極から放出された熱電子が衝突してＸ線を放射する陽極（ターゲット）とを有している。照射野限定器１３ｂは、例えば、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を井桁状に配置し、Ｘ線を透過させる照射開口が中央に形成されたものであり、鉛板の位置を移動することで照射開口の大きさを変化させて、照射野を限定する。
【００２６】
線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対して高電圧を供給する高電圧発生器と、Ｘ線源１３が照射するＸ線のエネルギースペクトルを決める管電圧、単位時間当たりの照射量を決める管電流、およびＸ線の照射時間を制御する制御部とからなる。高電圧発生器は、トランスによって入力電圧を昇圧して高圧の管電圧を発生し、高電圧ケーブルを通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件は、線源制御装置１４の操作パネルを通じて放射線技師などのオペレータにより手動で設定される他、Ｘ線撮影装置１２から通信ケーブルを介して設定される。
【００２７】
照射スイッチ１５は、放射線技師によって操作され、線源制御装置１４に信号ケーブルで接続されている。照射スイッチ１５は二段階押しのスイッチであり、一段階押しでＸ線源１３のウォームアップを開始させるためのウォームアップ開始信号を発生し、二段階押しでＸ線源１３に照射を開始させるための照射開始信号を発生する。これらの信号は信号ケーブルを通じて線源制御装置１４に入力される。
【００２８】
線源制御装置１４は、照射スイッチ１５からの制御信号に基づいて、Ｘ線源１３の動作を制御する。照射スイッチ１５から照射開始信号を受けた場合、線源制御装置１４は、Ｘ線源１３への電力供給を開始するとともに、タイマを作動させてＸ線の照射時間の計測を開始する。そして、撮影条件で設定された照射時間が経過すると、Ｘ線の照射を停止させる。Ｘ線の照射時間は、撮影条件に応じて変化するが、静止画撮影の場合には、Ｘ線の最大照射時間が約５００ｍｓｅｃ〜約２ｓ程度の範囲に定められている場合が多く、照射時間はこの最大照射時間を上限として設定される。
【００２９】
Ｘ線撮影装置１２は、電子カセッテ２１、撮影台２２、撮影制御装置２３、およびコンソール２４から構成される。電子カセッテ２１は、ＦＰＤ３６（図２参照）と、ＦＰＤ３６を収容する可搬型の筐体とからなり、Ｘ線源１３から照射されて被検体（被写体）Ｈを透過したＸ線を受けて被検体ＨのＸ線画像を検出する、可搬型の放射線画像検出装置である。電子カセッテ２１は、平面形状が略矩形の偏平な筐体を有し、平面サイズはフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさである。
【００３０】
撮影台２２は、電子カセッテ２１が着脱自在に取り付けられるスロットを有し、Ｘ線が入射する入射面がＸ線源１３と対向する姿勢で電子カセッテ２１を保持する。電子カセッテ２１は、筐体のサイズがフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさであるため、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の撮影台にも取り付け可能である。なお、撮影台２２として、被検体Ｈを立位姿勢で撮影する立位撮影台を例示しているが、被検体Ｈを臥位姿勢で撮影する臥位撮影台でもよい。
【００３１】
撮影制御装置２３は、有線方式や無線方式により電子カセッテ２１と通信可能に接続されており、電子カセッテ２１を制御する。具体的には、電子カセッテ２１に対して撮影条件を送信して、ＦＰＤ３６の信号処理の条件を設定させるとともに、Ｘ線源１３の照射タイミングとＦＰＤ３６の蓄積動作を同期させるための同期信号をＸ線発生装置１１から受信して、これを電子カセッテ２１に送信することにより、Ｘ線源１３とＦＰＤ３６の同期制御を行う。また、撮影制御装置２３は、電子カセッテ２１が出力する画像データを受信してコンソール２４に送信する。
【００３２】
コンソール２４は、患者の性別、年齢、撮影部位、撮影目的といった情報が含まれる検査オーダの入力を受け付けて、検査オーダをディスプレイに表示する。検査オーダは、ＨＩＳ（病院情報システム）やＲＩＳ（放射線情報システム）といった患者情報や放射線検査に係る検査情報を管理する外部システムから入力されるか、放射線技師などのオペレータにより手動入力される。オペレータは、検査オーダの内容をディスプレイで確認し、その内容に応じた撮影条件をコンソール２４の操作画面を通じて入力する。
【００３３】
コンソール２４は、撮影制御装置２３に対して撮影条件を送信するとともに、撮影制御装置２３から送信されるＸ線画像のデータに対して、ガンマ補正、周波数処理等の各種画像処理を施す。画像補正処理済みのＸ線画像はコンソール２４のディスプレイに表示される他、そのデータがコンソール２４内のハードディスクやメモリ、あるいはコンソール２４とネットワーク接続された画像蓄積サーバといったデータストレージデバイスに格納される。
【００３４】
図２において、ＦＰＤ３６は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板を有し、この基板上にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素３７を配列してなる撮像領域３８を有する検出パネル３５と、画素３７を駆動して信号電荷の読み出しを制御するゲートドライバ３９と、画素３７から読み出された信号電荷をデジタルデータに変換して出力する信号処理回路４０と、ゲートドライバ３９と信号処理回路４０を制御して、ＦＰＤ３６の動作を制御する制御回路４１とを備えている。複数の画素３７は、所定のピッチで二次元にｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）のマトリクスに配列されている。
【００３５】
ＦＰＤ３６は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（図示せず）を有し、シンチレータによって変換された可視光を画素３７で光電変換する間接変換型である。シンチレータは、画素３７が配列された撮像領域３８の全面と対向するように配置されている。シンチレータは、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）やＧＯＳ（ガドリニウムオキシサルファイド）などの蛍光体からなる。なお、Ｘ線を直接電荷に変換する変換層（アモルファスセレン等）を用いた直接変換型のＦＰＤを用いてもよい。
【００３６】
画素３７は、可視光の入射によって電荷（電子−正孔対）を発生する光電変換素子であるフォトダイオード４２、フォトダイオード４２が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）、およびスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４３を備える。
【００３７】
フォトダイオード４２は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）などの半導体層（例えばＰＩＮ型）を有し、その上下に上部電極および下部電極が配されている。フォトダイオード４２は、下部電極にＴＦＴ４３が接続され、上部電極にはバイアス線４４が接続される。
【００３８】
バイアス線４４は、撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）設けられる。バイアス線４４は、各行の複数の画素３７に接続される共通配線であり、結線４５で結束されて、バイアス電源４６に繋がれている。結線４５、バイアス線４４を通じて、バイアス電源４６からフォトダイオード４２の上部電極にバイアス電圧Ｖｂが印加される。バイアス電圧Ｖｂの印加により半導体層内に電界が生じ、光電変換により半導体層内で発生した電荷（電子−正孔対）は、一方がプラス、他方がマイナスの極性を持つ上部電極と下部電極に移動し、キャパシタに電荷が蓄積される。
【００３９】
ＴＦＴ４３は、ゲート電極が走査線４７に、ソース電極が信号線４８に、ドレイン電極がフォトダイオード４２にそれぞれ接続される。走査線４７と信号線４８は格子状に配線されている。走査線４７は撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）設けられ、各走査線４７は各行の複数の画素３７に接続される共通配線である。信号線４８は画素３７の列数分（ｍ列分）設けられ、各信号線４８は各列の複数の画素３７に接続される共通配線である。各走査線４７はゲートドライバ３９に接続され、各信号線４８は信号処理回路４０に接続される。
【００４０】
ゲートドライバ３９は、ＴＦＴ４３を駆動することにより、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を画素３７に蓄積する蓄積動作と、画素３７から信号電荷を読み出す読み出し動作と、画素３７に蓄積される電荷をリセットするリセット動作とを行わせる。制御回路４１は、ゲートドライバ３９によって実行される上記各動作の開始タイミングを制御する。
【００４１】
蓄積動作ではＴＦＴ４３がオフ状態にされ、その間に画素３７に信号電荷が蓄積される。読み出し動作では、ゲートドライバ３９から同じ行のＴＦＴ４３を一斉に駆動するゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、走査線４７を一行ずつ順に活性化し、走査線４７に接続されたＴＦＴ４３を一行分ずつオン状態とする。
【００４２】
一行分のＴＦＴ４３がオン状態になると、一行分の画素３７のそれぞれに蓄積された信号電荷が、各信号線４８を通じて信号処理回路４０に入力される。信号処理回路４０において、一行分の信号電荷は後述する電圧出力回路５５で電圧に変換されて出力され、各信号電荷に応じた出力電圧が、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍとして読み出される。アナログの電圧信号Ｄ１〜Ｄｍはデジタルデータに変換されて、一行分の各画素の濃度を表すデジタルな画素値である画像データが生成される。画像データは、電子カセッテ２１の筐体に内蔵されるメモリ５６に出力される。
【００４３】
フォトダイオード４２の半導体層には、Ｘ線の入射の有無に関わらず暗電流が発生する。暗電流に応じた電荷である暗電荷はバイアス電圧Ｖｂが印加されているためにキャパシタに蓄積される。暗電荷は、画像データに対してはノイズ成分となるので、これを除去するためにリセット動作が行われる。リセット動作は、画素３７において発生する暗電荷を、画素３７から信号線４８を通じて掃き出す動作である。
【００４４】
リセット動作は、例えば、一行ずつ画素３７をリセットする順次リセット方式で行われる。順次リセット方式では、信号電荷の読み出し動作と同様、ゲートドライバ３９から走査線４７に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、画素３７のＴＦＴ４３を一行ずつオン状態にする。ＴＦＴ４３がオン状態になっている間、画素３７から暗電荷が信号線４８を通じて信号処理回路４０に入力される。
【００４５】
リセット動作では、読み出し動作と異なり、信号処理回路４０において、暗電荷に応じた出力電圧の読み出しは行われない。リセット動作では、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎの発生と同期して、制御回路４１から信号処理回路４０にリセットパルスＲＳＴが出力される。信号処理回路４０においてリセットパルスＲＳＴが入力されると、後述する積分アンプ４９のリセットスイッチ４９ａがオンされて、入力された暗電荷がリセットされる。
【００４６】
順次リセット方式に代えて、配列画素の複数行を一グループとしてグループ内で順次リセットを行い、グループ数分の行の暗電荷を同時に掃き出す並列リセット方式や、全行にゲートパルスを入れて全画素の暗電荷を同時に掃き出す全画素リセット方式を用いてもよい。並列リセット方式や全画素リセット方式によりリセット動作を高速化することができる。
【００４７】
信号処理回路４０は、積分アンプ（積分回路）４９、ＭＵＸ５０、増幅器５３、Ｓ／Ｈ部５４、およびＡ／Ｄ変換器５１等からなる。積分アンプ４９は、各信号線４８に対して個別に接続される。積分アンプ４９は、オペアンプとオペアンプの入出力端子間に接続されたキャパシタとからなり、信号線４８はオペアンプの一方の入力端子に接続される。積分アンプ４９のもう一方の入力端子（図示せず）はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ４９は、信号線４８から入力される信号電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。
【００４８】
各列の積分アンプ４９の出力端子には、増幅器５３が接続されている。増幅器５３は、積分アンプ４９が出力する電圧信号Ｄ１〜Ｄｍを、設定された値のゲインで増幅する。増幅器５３は、例えばオペアンプの出力を入力側に帰還させて入力電圧を増幅して出力する増幅器であり、オペアンプの入力端子に接続する入力抵抗（図示せず）と、オペアンプの入力端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗（図示せず）との抵抗値の比を変化させることにより、ゲインの変更が可能なゲイン可変増幅器である。増幅器５３のゲインの値は、制御回路４１から入力されるゲイン制御信号（ＧＮ）により、入力抵抗や帰還抵抗の抵抗値を変化させることにより変更させる。
【００４９】
サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）部５４は、増幅器５３の出力側に接続されており、増幅器５３が出力する電圧信号Ｄ１〜Ｄｍを保持し、保持した電圧信号Ｄ１〜ＤｍをＭＵＸ５０に出力する。Ｓ／Ｈ部５４は、ＭＵＸ５０に接続される。積分アンプ４９、増幅器５３、Ｓ／Ｈ部５４及びＭＵＸ５０は、電圧出力回路５５を構成する。ＭＵＸ５０の出力側には、Ａ／Ｄ変換器５１が接続される。
【００５０】
ＭＵＸ５０は、パラレルに接続される複数のＳ／Ｈ部５４から順に１つのＳ／Ｈ部５４を選択し、選択したＳ／Ｈ部５４から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器５１に入力する。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器５１は、例えば８ビットや１２ビットのビット数を持つものが使用され、８ビットであれば２５６階調の、１２ビットであれば４０９６階調のダイナミックレンジを持つ。Ａ／Ｄ変換器５１は、そのダイナミックレンジ内で、アナログの電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをそれぞれの信号レベルに応じたデジタルな画素値に変換する。Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジが広いほど、描出可能な濃度域が広がる。また、ある濃度域を描出する場合には、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジが広いほど、濃度分解能が高くなるため、細かな濃度階調の表現が可能となる。
【００５２】
蓄積動作後、信号電荷を読み出す読み出し動作においては、ゲートパルスによってＴＦＴ４３が一行ずつオン状態にされ、一行内の各列の画素３７のキャパシタに蓄積された信号電荷が信号線４８を介して各電圧出力回路５５に入力される。
【００５３】
電圧出力回路５５から一行分の電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが出力されると、制御回路４１は、積分アンプ４９に対してリセットパルス（リセット信号）ＲＳＴを出力し、積分アンプ４９のリセットスイッチ４９ａをオンする。これにより、積分アンプ４９に蓄積された一行分の信号電荷がリセットされる。積分アンプ４９がリセットされると、ゲートドライバ３９から次の行のゲートパルスが出力され、次の行の画素３７の信号電荷の読み出しを開始させる。これらの動作を順次繰り返して全行の画素３７の信号電荷を読み出す。
【００５４】
全行の読み出しが完了すると、一画面分のＸ線画像を表す画像データがメモリ５６に記録される。画像データは、メモリ５６から読み出されて通信部３４を通じて撮影制御装置２３に出力される。こうして被検体ＨのＸ線画像が検出される。
【００５５】
また、制御回路４１は、読み出し動作における増幅器５３のゲインの値を決定するために、撮像領域３８に入射するＸ線の入射線量の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定動作を実行する。制御回路４１は、測定した線量プロファイルのコントラストに応じてゲインの値を決定し、ゲイン制御信号ＧＮを増幅器５３に送信することにより、決定した値のゲインを増幅器５３に設定する。ゲインは、１画面分の画像の読み出しには１つの値が用いられ、撮像領域３８内の全画素３７の信号電荷の読み出しに対して一律に適用される。
【００５６】
線量プロファイルは、各信号線４８の配列方向（ｘ方向：行方向）のＸ線の入射線量の分布であり、撮像領域３８の一次元（ｘ方向）についてではあるが、被検体ＨのＸ線画像の濃度分布を表す濃度プロファイルである。図２に示すように、各信号線４８には、信号線４８が延びるｙ方向（列方向）に沿ってそれぞれ複数の画素３７が接続されており、線量プロファイルは、１本の信号線４８に接続された一列分の画素３７に入射するＸ線の線量の合計値を、列毎にプロットしたものである。
【００５７】
図３において、Ｘ線画像Ｐは、線量プロファイルを説明するためのＸ線画像の例であり、説明を簡便にするために、人体などの被検体Ｈの代わりに、楕円形をした単純な構造物を被写体として撮影した画像である。被写体は、その内部においてＸ線の減弱係数は一様で、被写体の全域においてＸ線の透過量は同じである。Ｘ線画像Ｐにおいて、被写体の周囲のハッチング部分は、被写体による減衰がなくＸ線が入射する素抜け領域を示す。
【００５８】
このようなＸ線画像Ｐの場合には、各信号線４８の配列方向（ｘ方向）の線量プロファイルは、Ｘ線画像Ｐの下方に示すようなグラフになる。この線量プロファイルは、ｘ方向の両端部の素抜け領域においては、信号線４８に沿った列方向（ｙ方向）において全画素３７にＸ線が減衰せずに入射するため、それらの画素３７の入射線量の積算値である濃度は最大値（ｍａｘ）を示す。そして、楕円形の被写体が位置する領域においては、素抜け領域が減少する。被写体は楕円形をしているため、楕円の端部から中心に向かってｙ方向における素抜け領域の幅が減少する。楕円の中心において素抜け領域の幅は最小となるため、楕円形の端部から中心に向かって、列毎の線量の積算値も減少し、楕円の中心における濃度が最小値（ｍｉｎ）となる。
【００５９】
制御回路４１は、まず、測定した線量プロファイルから、例えば欠陥画素に対応する画素値などの異常値を取り除く。そして異常値が取り除かれた線量プロファイルの濃度の最大値と最小値の差Δｄであるコントラストを算出し、コントラストに応じてゲインの値を決定する。
【００６０】
図４のグラフに示すように、制御回路４１は、コントラストが大きいほどゲインの値を小さく、コントラストが小さいほどゲインの値が大きくなるようにゲインの値を決定する。制御回路４１には、図４のグラフに示されるような、コントラストとゲインの値の対応関係を表すテーブルデータを格納したＬＵＴ５７（図２参照）が接続されている。制御回路４１は、算出したコントラストに対応するゲインの値をＬＵＴ５７から読み出すことにより、ゲインの値を決定する。もちろんＬＵＴ５７を利用する代わりに、コントラストとゲインの対応関係を表す演算式を用いた演算により、ゲインの値を決定してもよい。
【００６１】
図５（Ａ）に示すように、例えば線量プロファイルの濃度の最大値が「９０」、最小値が「３０」、その差が「６０」というように、線量プロファイルのコントラストが比較的大きい場合にはゲインの値ｇを小さく、例えば「１」に決定する。ゲインの値ｇが「１」の場合には、最大値「９０」×ｇ（「１」）＝「９０」、最小値「３０」×ｇ（「１」）＝「３０」、その差は「６０」となり、ゲインを掛ける前後においてコントラストに変化は無い。
【００６２】
なお、図５において、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジは、８ビット（２５６階調）の場合を例示している。また、図５に示す例では、説明の便宜上、線量プロファイルの濃度値に対してゲインを掛ける例で説明しているが、実際には各画素３７の濃度を表す電圧信号Ｄに対してゲインが掛けられる。
【００６３】
一方、図５（Ｂ）に示すように、線量プロファイルの濃度の最大値が「９０」、最小値が「６０」、その差が「３０」というように、コントラストが比較的小さい場合には、ゲインの値ｇを大きく、例えば「１．５」に決定する。ゲインの値ｇが「１．５」の場合には、最大値「９０」×ｇ（「１．５」）＝「１３５」、最小値「６０」×ｇ（「１．５」）＝「９０」、その差は「４５」となり、ゲインを掛ける前後においてコントラストが大きくなる（「３０」→「４５」）。
【００６４】
このように線量プロファイルのコントラストが小さい場合には、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジを使い切るようにゲインを大きくする。ゲインを大きくすると、各画素３７の電圧信号Ｄに応じた画素値のコントラスト（最大値と最小値の差）が大きくなるため、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジを有効に使用することができ、細かな濃度階調の表現が可能になる。一方、線量プロファイルのコントラストが大きい場合には、ゲインが大き過ぎると、画素値がＡ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジに収まらないおそれもあるため、制御回路４１は、画素値がダイナミックレンジに収まるように電圧信号Ｄのゲインを小さくする。これにより、画像の濃度域に応じて適切な濃度階調が描出されたＸ線画像が得られる。
【００６５】
上記線量プロファイルは一次元ではあるものの画像のコントラストを反映したものであるので、線量プロファイルのコントラストに応じてゲインを設定することで、画像の濃度に応じた適切な濃度階調を描出することができる。
【００６６】
図６を参照して、線量プロファイル測定動作を含むＦＰＤ３６の動作を説明する。ＦＰＤ３６は、撮影条件が設定されると、Ｘ線の照射が開始されるまでの間、各行の走査線４７に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次出力してリセット動作を繰り返す。そして、照射スイッチ１５が操作されてＸ線の照射が開始されると、Ｘ線発生装置１１からの照射開始信号に同期して、全画素３７のＴＦＴ４３をオフ状態にして蓄積動作に移行する。リセット動作から蓄積動作に移行するタイミングは、照射開始信号を受信後、最終行の走査線４７に対するゲートパルスＧｎが出力されて、仕掛かり中の１画面分のリセット動作が終了した時点である。
【００６７】
線量プロファイル測定動作は、Ｘ線源１３からのＸ線の照射開始後、蓄積動作を経て、信号電荷の読み出し動作が開始されるまでの間に、本例においては、Ｘ線の照射が終了した終了した直後に線量プロファイル測定動作が開始される。制御回路４１は、Ｘ線の照射開始から内蔵タイマでＸ線の照射時間を計測して、照射時間が経過した時点でＸ線の照射終了を検出する。
【００６８】
制御回路４１は、Ｘ線の照射終了後に、ＴＦＴ４３をオフにした状態で、画素３７から信号線４８に漏れるリーク電流を検出することにより、線量プロファイルを測定する。リーク電流の大きさは、各画素３７に蓄積される信号電荷ＣＰに比例するので、リーク電流は、各画素３７に入射する線量に応じて大きくなる。
【００６９】
図６において、出力電圧Ｖは、積分アンプ４９の出力電圧である。積分アンプ４９に対して、信号線４８に接続された複数の画素３７からのリーク電流が入力されると、積分アンプ４９は、リーク電流の積算値に対応するリーク電荷ＣＬを蓄積し、そのリーク電荷ＣＬに応じた出力電圧Ｖであるリーク電圧ＶＬを出力する。
【００７０】
Ｘ線の照射が開始されると、画素３７に蓄積される信号電荷ＣＰはＸ線の入射量に応じて上昇する。信号電荷ＣＰが蓄積されると、オフ状態のＴＦＴ４３を介して信号電荷ＣＰの一部が信号線４８にリークして、リーク電流が流れる。信号線４８にリーク電流が流れると、積分アンプ４９に蓄積されるリーク電荷ＣＬが増加し、そのときの積分アンプ４９の出力電圧Ｖであるリーク電圧ＶＬも上昇する。
【００７１】
図６において、Ｘ線の照射が終了して信号電荷ＣＰの増加が停止した後もリーク電荷ＣＬが増加しているが、これは、リーク電荷ＣＬが、信号線４３に接続された複数の画素３７からリークするリーク電荷の積算値であり、積分アンプ４９からの距離に応じて、各画素３７のリーク電荷が積分アンプ４９に到達するまでの到達時間に時間差が生じるためである。積分アンプ４９に近いほど、その画素３７からのリーク電荷の到達時間は早く、遠いほど到達時間は遅い。そのため、積分アンプ４９から遠い位置にある画素３７のリーク電荷が信号電荷ＣＰの増加停止後に積分アンプ４９に到達することもあるので、信号電荷ＣＰの増加停止後においても、リーク電荷ＣＬが増加する。
【００７２】
なお、図６においては、説明の便宜上、リーク電荷ＣＬの値は誇張されており、実際には、リーク電荷ＣＬの値は信号電荷ＣＰに対して僅かである。
【００７３】
制御回路４１は、Ｘ線の照射終了後、所定のタイミングで信号処理回路４０に対して指令を与えて、リーク電圧ＶＬを読み取る。具体的には、Ｘ線の照射終了後、積分アンプ４９から遠い位置にある画素３７のリーク電荷が積分アンプ４９に到達するまでの遅延時間を考慮して、リーク電圧ＶＬを読み取るタイミングが設定される。
【００７４】
ＭＵＸ５０は、積分アンプ４９を順次選択してそれぞれのリーク電圧ＶＬを読み取り、読み取ったリーク電圧ＶＬがＡ／Ｄ変換器５１によってデジタル値に変換されてメモリ５６に記録される。制御回路４１は、そのデジタル値を読み出して線量プロファイルを生成し、線量プロファイルのコントラストを算出する。そして、ＬＵＴ５７を参照してコントラストに応じたゲインの値を決定する。制御回路４１は、決定した値のゲインを増幅器５３に設定する。
【００７５】
線量プロファイル測定動作は、ＴＦＴ４３をオフした状態で、画素３７からリーク電流を検出することにより行われるため、ＴＦＴ４３をオンして電荷を読み出す場合と比べて、画素３７に蓄積された信号電荷ＣＰのロス（被検体Ｈに照射されたＸ線のロス）が少ない。また、本例においては、線量プロファイルの測定に信号電荷読み出し用の信号処理回路４０を利用しているので、専用の測定回路を利用する場合と比べて、部品コストが抑えられる。
【００７６】
線量プロファイル測定動作が終了すると、制御回路４１からリセットパルスＲＳＴが出力されて積分アンプ４９内のリーク電荷ＣＬがリセットされる。この後、１行目の走査線４７に対するゲートパルスＧ１から、各走査線４７にゲートパルスが順次出力されて、各画素３７の信号電荷ＣＰの読み出し動作が行われる。ＴＦＴ４３がオンされて、信号電荷ＣＰが信号線４８を通じて積分アンプ４９に入力されると、積分アンプ４９の出力電圧Ｖは、信号電荷ＣＰの量に応じて上昇する。この出力電圧Ｖが電圧信号Ｄとして読み取られる。
【００７７】
図２に戻って、画像補正部５８は、メモリ５６に出力されＸ線画像のデータに対して、ＦＰＤ３６の個体差や環境に起因して生じる固定パターンノイズであるオフセット成分を除去するオフセット補正や、各画素３７のフォトダイオード４２の感度のばらつきや電圧出力回路５５の出力特性のばらつきなどを補正するための感度補正といった画像補正処理を施す。
【００７８】
オフセット補正や感度補正は、電子カセッテ２１の起動時や定期的に行われるキャリブレーション処理において取得されるオフセット補正データや感度補正データを用いて行われる。オフセット補正データは、Ｘ線を照射せずにＦＰＤ３６から読み出した１画面分の画像データである。オフセット補正データには、各画素３７における暗電流特性のばらつきを表す固定パターンノイズや各電圧出力回路５５の出力特性のばらつきなどのノイズ成分が反映される。信号電荷にはこうしたノイズ成分が含まれるので、被検体Ｈを撮影したＸ線画像のデータからオフセット補正データを画素毎に減算することで、Ｘ線画像のデータからノイズ成分が除去される。
【００７９】
感度補正データは、被検体Ｈが無い状態でＸ線を照射してＦＰＤ３６から読み出した１画面分の画像データから、オフセット補正データを画素毎に減算して係数化したものである。感度補正データには、各画素３７の感度のばらつきが反映される。オフセット補正後のＸ線画像に対して感度補正データを画素毎に乗算することで、各画素３７の感度のばらつきに起因する濃度変動が補正される。
【００８０】
画像補正が施されたＸ線画像は、通信部５９によって撮影制御装置２３を介してコンソール２４に送信される。
【００８１】
上記構成による作用について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。被検体Ｈの撮影を行う際には、電子カセッテ２１がセットされた撮影台２２の高さ調節などにより被検体Ｈの撮影部位と電子カセッテ２１との相対位置のポジショニングや、撮影条件の設定などの撮影準備作業が行われる。撮影条件が設定されると、電子カセッテ２１のＦＰＤ３６はリセット動作を開始する。
【００８２】
撮影準備作業が終了後、照射スイッチ１５が押下されると、線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対してウォームアップ開始信号及び照射開始信号を送信する。Ｘ線源１３は、照射開始信号を受信すると、Ｘ線の照射を開始する（Ｓ１０１）。照射開始信号は、線源制御装置１４から撮影制御装置２３に対しても送信され、撮影制御装置２３は、受信した照射開始信号を電子カセッテ２１に送信する。
【００８３】
電子カセッテ２１の制御回路４１は、照射開始信号を受信すると、Ｘ線の照射が開始されたことを検出してリセット動作を停止して、蓄積動作を開始させる（Ｓ１０２）。そして、蓄積動作の開始時に内蔵タイマによってＸ線の照射時間の計測を開始する。制御回路４１は、Ｘ線の照射時間が経過すると、Ｘ線の照射終了を検出して（Ｓ１０３）、線量プロファイル測定動作を開始する（Ｓ１０４）。
【００８４】
線量プロファイル測定動作において、制御回路４１は、ＴＦＴ４３をオフした状態のまま、信号処理回路４０によって、各信号線４８に接続された積分アンプ４９のリーク電圧ＶＬを読み出して、各信号線４３の配列方向（ｘ方向）の線量プロファイルを測定する（Ｓ１０４）。制御回路４１は、測定した線量プロファイルのコントラスト（最大値と最小値の差）を算出する。そして、ＬＵＴ５７を参照してコントラストに応じたゲインの値を決定し、その値のゲインを増幅器５３に設定する（Ｓ１０５）。
【００８５】
制御回路４１は、ゲインを設定すると、読み出し動作を開始させる（Ｓ１０６）。読み出し動作では、ゲートドライバ３９から各走査線４７に対してゲートパルスが順次出力され、１行単位で画素３７の信号電荷が読み出される。積分アンプ４９が出力する電圧信号Ｄは、増幅器５３によって、設定されたゲインで増幅されて出力される。図４、５に示すように、コントラストが大きい場合にはゲインは小さく、コントラストが小さい場合にはゲインは大きく設定されるので、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジを有効に利用することができ、画像の濃度に応じた適切な濃度階調を描出できる。
【００８６】
また、増幅器５３のゲインは全画素３７に対して一律に適用されるため、本発明は、ゲインを領域毎に変更する従来と比べて、Ａ／Ｄ変換後の画像補正部５８におけるオフセット補正や感度補正などの画像補正が複雑にならない。具体的には、従来技術で述べた特許文献１に記載の第２の方法のように領域毎にゲインの値を変えると、同じ濃度の画素３７であっても、領域が異なればゲインの値が変化するため画素値が変わってしまう。そのため、画像補正においてはゲインの値を考慮してオフセット補正や感度補正を行う必要がある。これに対して、本発明は全画素３７に対して一律に適用すれば、そうした必要はないため、画像補正が複雑にならない。
【００８７】
また、本発明では、ゲインの値を決定するための線量プロファイルの測定は、ＴＦＴ４３がオフされた状態で信号線４８に漏れるリーク電流を利用して行っている。そのため、ＴＦＴ４３をオンして画素３７から信号電荷を読み出すことにより線量プロファイルを測定する場合と比較して、信号電荷のロスが少ない。信号電荷の量はＸ線の入射線量に対応するので、線量プロファイルの測定のためにＸ線の線量を増加させるといった必要もなくなり、被検体Ｈの被曝量が増加することもない。また、リーク電流に応じたリーク電荷の量は信号電荷の量と比較して僅かであるため、信号電荷を読み出すよりも読み出し時間が短時間で済むので、測定時間も短い。
【００８８】
また、上記電圧出力回路５５において、ゲインを増幅器５３で変更する例で説明したが、ゲインをＭＵＸ５０で変更してもよい。
【００８９】
また、リーク電流は僅かであるため、リーク電圧ＶＬの読み出し時には電圧出力回路５５のゲインの値を最大にしておくのが好ましい。もちろん、信号電荷を読み出す際には、電圧出力回路５５のゲインは、線量プロファイルのコントラストに応じた値に設定される。
【００９０】
また、上記例では、制御回路４１は、線量プロファイルのコントラストのみに基づいてゲインの値を決定する例で説明したが、コントラストに加えて、線量プロファイルの最小値を考慮してゲインの値を決定してもよい。コントラストが小さくても最小値が高いときは、ゲインを大きくし過ぎると画素値が飽和してしまう場合があるからである。その反対に、コントラストが大きくても最小値が小さければ、ダイナミックレンジに余裕がある場合もある。
【００９１】
そのため、制御回路４１は、コントラストが小さくても最小値が高いときは、コントラストのみに基づいて決定したゲインの値よりもゲインの値を低めにし、反対にコントラストが大きくても最小値が小さいときは、コントラストのみに基づいて決定したゲインの値よりもゲインの値を高めにする。
【００９２】
また、上記例では、撮像領域３８内に配される全信号線４８のリーク電流に基づいて、信号線４８の配列方向（ｘ方向）の全域の線量プロファイルを測定して、その線量プロファイルのコントラストを調べてゲインを設定する例を示したが、信号線４８の配列方向の全域の線量プロファイルのコントラストではなく、一部の領域の線量プロファイルのコントラストを調べてゲインを設定してもよい。
【００９３】
例えば、図８に示すように、被写体の一部（例えば、被検体Ｈの関心領域など）の領域の線量プロファイルのコントラスト（Δｄ）に基づいてゲインを設定してもよい。こうすれば、関心領域以外の濃度の影響が少なくなり、より関心領域のコントラストに応じたゲインが設定されるので、関心領域の濃度に適した濃度階調が描出できる。
【００９４】
この場合には、例えば撮像領域３８の中心付近に関心領域が配置されるようにポジショニングを行った上で撮影を行う。制御回路４１に対しては、線量プロファイルのうちコントラストを調べる範囲が予め指定される。制御回路４１は、撮像領域３８の全域の線量プロファイルのうち、指定された範囲（撮像領域３８の中心付近）におけるコントラストを算出する。もちろん、この場合には、全信号線４８からリーク電流を読み出す必要はなく、指定された範囲のみのリーク電流を読み出して線量プロファイルを測定してもよい。
【００９５】
また、上記例では、線量プロファイル測定動作を、Ｘ線の照射終了後に開始する例で説明したが、Ｘ線の照射終了前に開始してもよい。Ｘ線の照射終了前であっても、リーク電流は信号線４８に流れはじめているので、線量プロファイルの測定は可能である。ただし、上記例のように各行のリーク電流の積分アンプ４９への到達時間には時間差があるので、Ｘ線の照射終了後、到達時間の時間差を考慮したタイミングで線量プロファイル測定動作を開始することが好ましい。
【００９６】
また、上記例では、撮像領域３８内の信号線４８の配列方向（ｘ方向）の一次元の線量プロファイルを測定し、そのコントラストに基づいてゲインを設定しているが、図９に示すように、ｘ方向とｙ方向の二次元の線量プロファイルを測定してゲインを設定してもよい。図９に示す線量プロファイルは、図３及び図８で示した楕円形の被写体を撮影した場合の例である。二次元の線量プロファイルは、１画面内の画素３７毎の濃度分布を表すので、そのコントラストに応じたゲインを設定することで、一次元の線量プロファイルを利用する場合よりも、より画像の濃度に適した濃度階調を描出できる。
【００９７】
二次元の線量プロファイルを測定する場合には、リーク電流を用いて次のように行う。上述したとおり、各画素３７からのリーク電荷が積分アンプ４９に到達する到達時間には積分アンプ４９からの距離に応じた時間差がある。例えば、図１０に示すように、各行の画素３７からのリーク電荷をＣＬ１〜ＣＬｎとすると、各リーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎは、積分アンプ４９に一番近い最終行の画素３７のリーク電荷ＣＬｎから順に積分アンプ４９に入力され、１行目の画素３７のリーク電荷ＣＬ１が最後に入力される。
【００９８】
図１１に示すように、積分アンプ４９にはリーク電荷ＣＬｎから順に蓄積され、積分アンプ４９が出力するリーク電圧ＶＬは、リーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎの蓄積量に応じて上昇する。各行のリーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎの到達時間には時間差があるので、制御回路４１は、その時間差に応じた間隔Ｔ毎にリーク電圧ＶＬを読み出して、逐次内部メモリに記録する。リーク電圧ＶＬは、その時点におけるリーク電荷ＣＬの積算値に応じた値であるので、制御回路４１は、最新のリーク電圧ＶＬから前回読み出したリーク電圧ＶＬの差を求めて、各行の画素３７のリーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎに応じたリーク電圧ΔＶＬ１〜ΔＶＬｎを算出する。
【００９９】
制御回路４１は、リーク電圧ΔＶＬ１〜ΔＶＬｎをプロットすることで、信号線４８に沿った方向（ｙ方向）の線量プロファイルを測定する。制御回路４１は、各信号線４８のｙ方向の線量プロファイルを、ｘ方向に配列して、ｘ方向とｙ方向の二次元の線量プロファイルを得る。そして、制御回路４１は、測定した二次元の線量プロファイルに基づいてその最大値と最小値のコントラストを算出し、算出したコントラストに応じてゲインの値を決定し、決定した値のゲインを増幅器５３に設定する。
【０１００】
また、上記例では、リーク電流に基づいて線量プロファイルを測定しているが、リーク電流の代わりに、特許文献１に記載されているようにバイアス電流に基づいて線量プロファイルを測定してもよい。
【０１０１】
この場合には、図１２に示すように、撮像領域３８内において画素３７に行単位に接続される各バイアス線４４に電流計６１を配置し、各バイアス線４４に流れるバイアス電流が計測される。バイアス電流の大きさは、画素３７に蓄積される電荷量と比例する。１本のバイアス線４４には、１行分の画素３７が接続されているため、各バイアス線４４には、各行の画素３７に蓄積される電荷量の積算値に応じたバイアス電流が流れる。制御回路４１は、各電流計６１の計測値を読み出して、ｘ方向の一次元の線量プロファイルを測定する。本例のバイアス線４４は行単位に接続されており、信号線４８と直交しているので、ｘ方向の一次元の線量プロファイルが測定されるが、バイアス線４４を信号線４８と平行に配設してもよい。こうすれば、ｙ方向の一次元の線量プロファイルが測定される。
【０１０２】
このようにリーク電流の代わりにバイアス電流を利用して線量プロファイルを測定することも可能だが、バイアス電流を利用する場合には電流計などの追加部品が必要となり部品コストが増加する。上述したように、リーク電流を利用する場合には、線量プロファイルの測定に信号処理回路４０を利用できるため部品コストの増加もない。また、リーク電流の場合には、二次元の線量プロファイルを測定できるといったメリットもある。そのため、バイアス電流を利用するよりも、リーク電流を利用して線量プロファイルを測定することが好ましい。
【０１０３】
なお、本発明に係るＸ線撮影システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１０４】
上記例では、電子カセッテ２１は、Ｘ線発生装置１１からの照射開始信号を受けてＸ線の照射開始を検出しているが、Ｘ線発生装置１１と通信することなく、電子カセッテ２１においてＸ線の照射開始を自己検出してもよい。照射開始の自己検出の方法としては、例えば、リセット動作時の積分アンプ４９の出力電圧の上昇、ＴＦＴ４３がオフされた状態におけるリーク電圧の上昇、バイアス電流の上昇を監視する方法など各種の方法があり、いずれの方法でもよい。
【０１０５】
また、Ｘ線撮影システム１０は病院の撮影室に据え置かれるタイプに限らず、回診車に搭載されるタイプや、Ｘ線源１３、線源制御装置１４、電子カセッテ２１、撮影制御装置２３等を事故、災害等の緊急医療対応が必要な現場や在宅診療を受ける患者の自宅に持ち運んでＸ線撮影を行うことが可能な可搬型のシステムに適用してもよい。
【０１０６】
上記例では、電子カセッテと撮影制御装置を別体で構成した例で説明したが、撮影制御装置の機能を電子カセッテの制御回路に内蔵する等、電子カセッテと撮影制御装置を一体化してもよい。
【０１０７】
上記実施形態では、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテを例に説明したが、据え置き型のＸ線画像検出装置に本発明を適用してもよい。
【０１０８】
本発明は、Ｘ線に限らず、γ線等の他の放射線を使用する撮影システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線発生装置
１２ Ｘ線撮影装置
１３ Ｘ線源
１４ 線源制御装置
２１ 電子カセッテ
２３ 撮影制御装置
２４ コンソール
３６ ＦＰＤ
３７ 画素
４０ 信号処理回路
４１ 制御回路（線量プロファイル測定手段、ゲイン設定手段）
４３ ＴＦＴ
４４ バイアス線
４５ 結線
４６ バイアス電源
４８ 信号線
４９ 積分アンプ
５３ 増幅器
５５ 電圧出力回路
６１ 電流計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像を検出する放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において、放射線、例えばＸ線を利用したＸ線撮影システムが知られている。Ｘ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線源を有するＸ線発生装置と、Ｘ線源が発生し被写体を透過したＸ線の照射を受けて、被写体の画像情報を表すＸ線画像を検出するＸ線画像検出装置とからなる。Ｘ線画像検出装置としては、従来のＸ線フイルムやイメージングプレート（ＩＰ）の代わりに、Ｘ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）を利用したものが実用化されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、ＦＰＤは、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素がマトリクス状に配列された撮像領域を有する検出パネルと、各画素が蓄積した信号電荷を電圧信号として出力する電圧出力回路や、電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を有する、画像読み出し用の信号処理回路とを備えている。
【０００４】
各画素に蓄積される電荷量に応じた電圧信号は、Ｘ線画像の濃度階調を表す画素値に変換される。画素値は、Ａ／Ｄ変換器のビット数で決まるダイナミックレンジ内のデジタル値で表される。特許文献１には、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効利用するために、ＦＰＤに入射するＸ線の線量に応じて、電圧信号を増幅する増幅器（アンプ）の増幅率（ゲイン）を設定可能なＦＰＤが記載されている。
【０００５】
ＦＰＤに入射するＸ線の線量は、撮影部位などによって決められる撮影条件に応じて異なる。線量に比例して画素が蓄積する信号電荷の電荷量は増えるので、線量が多い場合は濃度が高いＸ線画像が、線量が少ない場合は濃度が低いＸ線画像が得られる。特許文献１のＦＰＤでは、入射するＸ線の線量を測定して、線量が多い画像に対してはゲインを小さく、線量が少ない画像に対してはゲインを大きく設定することで、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効利用している。
【０００６】
線量が少ない場合にゲインを上げれば、低濃度域を表す画素値をダイナミックレンジに見合った大きさに引き上げることができ、反対に、線量が大きい場合にゲインを下げれば、高濃度域を表す画素値が飽和することなくダイナミックレンジ内に収まる。これにより画像の濃度に応じた適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像が得られる。
【０００７】
特許文献１には、ゲインの設定方法として、ゲインの値を１つ決定し、１画面の画像を読み出す際には、その値のゲインを１画面内の全画素に対して一律に適用する第１の方法と、特許文献１には、撮像領域内の中央部と周辺部というように複数の領域毎に線量を測定して、各領域の線量に応じて領域毎に異なる値のゲインを設定する第２の方法が記載されている。これによれば、１画面の画像を読み出す際に、複数の領域の濃度に応じた値のゲインが設定されるため、より適切な濃度階調が描出されたＸ線画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２１９５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、１画面の全画素に対して一律に同じ値のゲインを設定する第１の方法では、撮像領域の全域に入射する線量の合計値（撮像領域に入射する総線量）に基づいてゲインが設定されるため、線量の合計値が同じ場合には、濃度差が大きい高濃度域と低濃度域が混在し、最大濃度と最低濃度の濃度差（コントラスト）が大きい画像と、全体的に中間的な濃度を持ち最大濃度と最低濃度の濃度差（コントラスト）が小さい画像の２つの画像とを区別できない。そのため、画像のコントラストの大小にかかわらず、線量の合計値が同じ場合には同じ値のゲインが設定されてしまうため、適切な濃度階調を描出できない場合がある。
【００１０】
これに対して、１画面内の複数の領域毎にゲインを設定する第２の方法では、１画面内の領域間の濃度差に応じた値のゲインが設定されるため、第１の方法に比べて、領域毎に適切な濃度階調が描出できるというメリットがある。しかしながら、第２の方法は、特許文献１にも記載（段落０１１６）されているように、Ａ／Ｄ変換後の画像補正において、領域毎に設定されたゲインに応じた修正処理が必要になるため、Ａ／Ｄ変換後の画像補正（オフセット補正や感度補正）が複雑になるという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的は、Ａ／Ｄ変換後の画像補正を複雑にすることなく、適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の放射線画像検出装置は、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する検出パネルと、前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路と、前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定手段と、前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
前記ゲイン設定手段は、前記コントラストが小さいほど前記ゲインの値を大きくすることが好ましい。
【００１４】
前記コントラストは、前記線量プロファイルにおける最大値と最小値の差である。前記ゲイン設定手段は、前記コントラストに加えて、前記最小値に基づいて前記ゲインの値を決定してもよい。前記線量プロファイルは、前記撮像領域の一部の線量プロファイルでもよい。撮像領域の一部の線量プロファイルとして、例えば関心領域に対応する線量プロファイルを用いれば、関心領域の濃度に応じた適切なゲインを設定できる。
【００１５】
前記配線は、前記撮像領域内において前記画素に列単位で接続され、前記画素から前記信号電荷を読み出すための信号線であり、前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記画素から前記信号線にリークするリーク電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定することが好ましい。
【００１６】
前記電圧出力回路は、信号線毎に接続されており、前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流に応じて前記電圧出力回路が出力する出力電圧を読み出して前記線量プロファイルを測定することが好ましい。前記リーク電流に応じた前記出力電圧の読み出し時には、前記電圧出力回路のゲインを最大にすることが好ましい。
【００１７】
前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流を検出することにより、前記信号線の配列方向の一次元の前記線量プロファイルを測定することが好ましい。
【００１８】
前記線量プロファイル測定手段は、Ｘ線の照射開始後、各行の画素から前記信号線に流れ出す前記リーク電流の時間差を利用して、前記撮像領域内の二次元の前記線量プロファイルを測定することが好ましい。
【００１９】
前記線量プロファイル測定手段は、前記放射線の照射終了後に前記線量プロファイルの測定を開始することが好ましい。
【００２０】
前記画素にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を利用し、前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記バイアス線に流れるバイアス電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定してもよい。
【００２１】
本発明の放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法は、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線と、前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて前記被写体の放射線画像を検出する放射線画像検出装置に用いられ、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインを設定するゲイン設定方法において、前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定ステップと、前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定ステップとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、放射線の照射開始後、信号電荷の読み出し動作を開始する前に、撮像領域における少なくとも一次元の線量プロファイルを測定し、線量プロファイルのコントラストに応じて、ゲインの値を１つ決定し、その値のゲインで読み出し動作を行うから、Ａ／Ｄ変換後の画像補正を複雑にすることなく、適切な濃度階調が描出された高画質なＸ線画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。
【図２】ＦＰＤの電気的な構成を示す図である。
【図３】線量プロファイルの説明図である。
【図４】ゲインを決定するためのＬＵＴの説明図である。
【図５】コントラストに応じたゲインの設定方法の説明図である。
【図６】線量プロファイルの測定方法の説明図である。
【図７】ゲイン設定方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】関心領域の線量プロファイルのコントラストの説明図である。
【図９】二次元の線量プロファイルの説明図である。
【図１０】リーク電流の時間差の説明図である。
【図１１】各行の画素のリーク電圧の読み出し方法の説明図である。
【図１２】バイアス電流に基づいて線量プロファイルを測定する場合のＦＰＤの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１において、Ｘ線撮影システム１０は、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線撮影装置１２とからなる。Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１３と、Ｘ線源１３を制御する線源制御装置１４と、照射スイッチ１５とで構成される。Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射するＸ線管１３ａと、Ｘ線管１３ａが放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）１３ｂとを有する。
【００２５】
Ｘ線管１３ａは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、陰極から放出された熱電子が衝突してＸ線を放射する陽極（ターゲット）とを有している。照射野限定器１３ｂは、例えば、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を井桁状に配置し、Ｘ線を透過させる照射開口が中央に形成されたものであり、鉛板の位置を移動することで照射開口の大きさを変化させて、照射野を限定する。
【００２６】
線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対して高電圧を供給する高電圧発生器と、Ｘ線源１３が照射するＸ線のエネルギースペクトルを決める管電圧、単位時間当たりの照射量を決める管電流、およびＸ線の照射時間を制御する制御部とからなる。高電圧発生器は、トランスによって入力電圧を昇圧して高圧の管電圧を発生し、高電圧ケーブルを通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件は、線源制御装置１４の操作パネルを通じて放射線技師などのオペレータにより手動で設定される他、Ｘ線撮影装置１２から通信ケーブルを介して設定される。
【００２７】
照射スイッチ１５は、放射線技師によって操作され、線源制御装置１４に信号ケーブルで接続されている。照射スイッチ１５は二段階押しのスイッチであり、一段階押しでＸ線源１３のウォームアップを開始させるためのウォームアップ開始信号を発生し、二段階押しでＸ線源１３に照射を開始させるための照射開始信号を発生する。これらの信号は信号ケーブルを通じて線源制御装置１４に入力される。
【００２８】
線源制御装置１４は、照射スイッチ１５からの制御信号に基づいて、Ｘ線源１３の動作を制御する。照射スイッチ１５から照射開始信号を受けた場合、線源制御装置１４は、Ｘ線源１３への電力供給を開始するとともに、タイマを作動させてＸ線の照射時間の計測を開始する。そして、撮影条件で設定された照射時間が経過すると、Ｘ線の照射を停止させる。Ｘ線の照射時間は、撮影条件に応じて変化するが、静止画撮影の場合には、Ｘ線の最大照射時間が約５００ｍｓｅｃ〜約２ｓ程度の範囲に定められている場合が多く、照射時間はこの最大照射時間を上限として設定される。
【００２９】
Ｘ線撮影装置１２は、電子カセッテ２１、撮影台２２、撮影制御装置２３、およびコンソール２４から構成される。電子カセッテ２１は、ＦＰＤ３６（図２参照）と、ＦＰＤ３６を収容する可搬型の筐体とからなり、Ｘ線源１３から照射されて被検体（被写体）Ｈを透過したＸ線を受けて被検体ＨのＸ線画像を検出する、可搬型の放射線画像検出装置である。電子カセッテ２１は、平面形状が略矩形の偏平な筐体を有し、平面サイズはフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさである。
【００３０】
撮影台２２は、電子カセッテ２１が着脱自在に取り付けられるスロットを有し、Ｘ線が入射する入射面がＸ線源１３と対向する姿勢で電子カセッテ２１を保持する。電子カセッテ２１は、筐体のサイズがフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさであるため、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の撮影台にも取り付け可能である。なお、撮影台２２として、被検体Ｈを立位姿勢で撮影する立位撮影台を例示しているが、被検体Ｈを臥位姿勢で撮影する臥位撮影台でもよい。
【００３１】
撮影制御装置２３は、有線方式や無線方式により電子カセッテ２１と通信可能に接続されており、電子カセッテ２１を制御する。具体的には、電子カセッテ２１に対して撮影条件を送信して、ＦＰＤ３６の信号処理の条件を設定させるとともに、Ｘ線源１３の照射タイミングとＦＰＤ３６の蓄積動作を同期させるための同期信号をＸ線発生装置１１から受信して、これを電子カセッテ２１に送信することにより、Ｘ線源１３とＦＰＤ３６の同期制御を行う。また、撮影制御装置２３は、電子カセッテ２１が出力する画像データを受信してコンソール２４に送信する。
【００３２】
コンソール２４は、患者の性別、年齢、撮影部位、撮影目的といった情報が含まれる検査オーダの入力を受け付けて、検査オーダをディスプレイに表示する。検査オーダは、ＨＩＳ（病院情報システム）やＲＩＳ（放射線情報システム）といった患者情報や放射線検査に係る検査情報を管理する外部システムから入力されるか、放射線技師などのオペレータにより手動入力される。オペレータは、検査オーダの内容をディスプレイで確認し、その内容に応じた撮影条件をコンソール２４の操作画面を通じて入力する。
【００３３】
コンソール２４は、撮影制御装置２３に対して撮影条件を送信するとともに、撮影制御装置２３から送信されるＸ線画像のデータに対して、ガンマ補正、周波数処理等の各種画像処理を施す。画像補正処理済みのＸ線画像はコンソール２４のディスプレイに表示される他、そのデータがコンソール２４内のハードディスクやメモリ、あるいはコンソール２４とネットワーク接続された画像蓄積サーバといったデータストレージデバイスに格納される。
【００３４】
図２において、ＦＰＤ３６は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板を有し、この基板上にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素３７を配列してなる撮像領域３８を有する検出パネル３５と、画素３７を駆動して信号電荷の読み出しを制御するゲートドライバ３９と、画素３７から読み出された信号電荷をデジタルデータに変換して出力する信号処理回路４０と、ゲートドライバ３９と信号処理回路４０を制御して、ＦＰＤ３６の動作を制御する制御回路４１とを備えている。複数の画素３７は、所定のピッチで二次元にｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）のマトリクスに配列されている。
【００３５】
ＦＰＤ３６は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（図示せず）を有し、シンチレータによって変換された可視光を画素３７で光電変換する間接変換型である。シンチレータは、画素３７が配列された撮像領域３８の全面と対向するように配置されている。シンチレータは、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）やＧＯＳ（ガドリニウムオキシサルファイド）などの蛍光体からなる。なお、Ｘ線を直接電荷に変換する変換層（アモルファスセレン等）を用いた直接変換型のＦＰＤを用いてもよい。
【００３６】
画素３７は、可視光の入射によって電荷（電子−正孔対）を発生する光電変換素子であるフォトダイオード４２、フォトダイオード４２が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）、およびスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４３を備える。
【００３７】
フォトダイオード４２は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）などの半導体層（例えばＰＩＮ型）を有し、その上下に上部電極および下部電極が配されている。フォトダイオード４２は、下部電極にＴＦＴ４３が接続され、上部電極にはバイアス線４４が接続される。
【００３８】
バイアス線４４は、撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）設けられる。バイアス線４４は、各行の複数の画素３７に接続される共通配線であり、結線４５で結束されて、バイアス電源４６に繋がれている。結線４５、バイアス線４４を通じて、バイアス電源４６からフォトダイオード４２の上部電極にバイアス電圧Ｖｂが印加される。バイアス電圧Ｖｂの印加により半導体層内に電界が生じ、光電変換により半導体層内で発生した電荷（電子−正孔対）は、一方がプラス、他方がマイナスの極性を持つ上部電極と下部電極に移動し、キャパシタに電荷が蓄積される。
【００３９】
ＴＦＴ４３は、ゲート電極が走査線４７に、ソース電極が信号線４８に、ドレイン電極がフォトダイオード４２にそれぞれ接続される。走査線４７と信号線４８は格子状に配線されている。走査線４７は撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）設けられ、各走査線４７は各行の複数の画素３７に接続される共通配線である。信号線４８は画素３７の列数分（ｍ列分）設けられ、各信号線４８は各列の複数の画素３７に接続される共通配線である。各走査線４７はゲートドライバ３９に接続され、各信号線４８は信号処理回路４０に接続される。
【００４０】
ゲートドライバ３９は、ＴＦＴ４３を駆動することにより、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を画素３７に蓄積する蓄積動作と、画素３７から信号電荷を読み出す読み出し動作と、画素３７に蓄積される電荷をリセットするリセット動作とを行わせる。制御回路４１は、ゲートドライバ３９によって実行される上記各動作の開始タイミングを制御する。
【００４１】
蓄積動作ではＴＦＴ４３がオフ状態にされ、その間に画素３７に信号電荷が蓄積される。読み出し動作では、ゲートドライバ３９から同じ行のＴＦＴ４３を一斉に駆動するゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、走査線４７を一行ずつ順に活性化し、走査線４７に接続されたＴＦＴ４３を一行分ずつオン状態とする。
【００４２】
一行分のＴＦＴ４３がオン状態になると、一行分の画素３７のそれぞれに蓄積された信号電荷が、各信号線４８を通じて信号処理回路４０に入力される。信号処理回路４０において、一行分の信号電荷は後述する電圧出力回路５５で電圧に変換されて出力され、各信号電荷に応じた出力電圧が、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍとして読み出される。アナログの電圧信号Ｄ１〜Ｄｍはデジタルデータに変換されて、一行分の各画素の濃度を表すデジタルな画素値である画像データが生成される。画像データは、電子カセッテ２１の筐体に内蔵されるメモリ５６に出力される。
【００４３】
フォトダイオード４２の半導体層には、Ｘ線の入射の有無に関わらず暗電流が発生する。暗電流に応じた電荷である暗電荷はバイアス電圧Ｖｂが印加されているためにキャパシタに蓄積される。暗電荷は、画像データに対してはノイズ成分となるので、これを除去するためにリセット動作が行われる。リセット動作は、画素３７において発生する暗電荷を、画素３７から信号線４８を通じて掃き出す動作である。
【００４４】
リセット動作は、例えば、一行ずつ画素３７をリセットする順次リセット方式で行われる。順次リセット方式では、信号電荷の読み出し動作と同様、ゲートドライバ３９から走査線４７に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、画素３７のＴＦＴ４３を一行ずつオン状態にする。ＴＦＴ４３がオン状態になっている間、画素３７から暗電荷が信号線４８を通じて信号処理回路４０に入力される。
【００４５】
リセット動作では、読み出し動作と異なり、信号処理回路４０において、暗電荷に応じた出力電圧の読み出しは行われない。リセット動作では、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎの発生と同期して、制御回路４１から信号処理回路４０にリセットパルスＲＳＴが出力される。信号処理回路４０においてリセットパルスＲＳＴが入力されると、後述する積分アンプ４９のリセットスイッチ４９ａがオンされて、入力された暗電荷がリセットされる。
【００４６】
順次リセット方式に代えて、配列画素の複数行を一グループとしてグループ内で順次リセットを行い、グループ数分の行の暗電荷を同時に掃き出す並列リセット方式や、全行にゲートパルスを入れて全画素の暗電荷を同時に掃き出す全画素リセット方式を用いてもよい。並列リセット方式や全画素リセット方式によりリセット動作を高速化することができる。
【００４７】
信号処理回路４０は、積分アンプ（積分回路）４９、ＭＵＸ５０、増幅器５３、Ｓ／Ｈ部５４、およびＡ／Ｄ変換器５１等からなる。積分アンプ４９は、各信号線４８に対して個別に接続される。積分アンプ４９は、オペアンプとオペアンプの入出力端子間に接続されたキャパシタとからなり、信号線４８はオペアンプの一方の入力端子に接続される。積分アンプ４９のもう一方の入力端子（図示せず）はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ４９は、信号線４８から入力される信号電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。
【００４８】
各列の積分アンプ４９の出力端子には、増幅器５３が接続されている。増幅器５３は、積分アンプ４９が出力する電圧信号Ｄ１〜Ｄｍを、設定された値のゲインで増幅する。増幅器５３は、例えばオペアンプの出力を入力側に帰還させて入力電圧を増幅して出力する増幅器であり、オペアンプの入力端子に接続する入力抵抗（図示せず）と、オペアンプの入力端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗（図示せず）との抵抗値の比を変化させることにより、ゲインの変更が可能なゲイン可変増幅器である。増幅器５３のゲインの値は、制御回路４１から入力されるゲイン制御信号（ＧＮ）により、入力抵抗や帰還抵抗の抵抗値を変化させることにより変更させる。
【００４９】
サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）部５４は、増幅器５３の出力側に接続されており、増幅器５３が出力する電圧信号Ｄ１〜Ｄｍを保持し、保持した電圧信号Ｄ１〜ＤｍをＭＵＸ５０に出力する。Ｓ／Ｈ部５４は、ＭＵＸ５０に接続される。積分アンプ４９、増幅器５３、Ｓ／Ｈ部５４及びＭＵＸ５０は、電圧出力回路５５を構成する。ＭＵＸ５０の出力側には、Ａ／Ｄ変換器５１が接続される。
【００５０】
ＭＵＸ５０は、パラレルに接続される複数のＳ／Ｈ部５４から順に１つのＳ／Ｈ部５４を選択し、選択したＳ／Ｈ部５４から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器５１に入力する。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器５１は、例えば８ビットや１２ビットのビット数を持つものが使用され、８ビットであれば２５６階調の、１２ビットであれば４０９６階調のダイナミックレンジを持つ。Ａ／Ｄ変換器５１は、そのダイナミックレンジ内で、アナログの電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをそれぞれの信号レベルに応じたデジタルな画素値に変換する。Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジが広いほど、描出可能な濃度域が広がる。また、ある濃度域を描出する場合には、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジが広いほど、濃度分解能が高くなるため、細かな濃度階調の表現が可能となる。
【００５２】
蓄積動作後、信号電荷を読み出す読み出し動作においては、ゲートパルスによってＴＦＴ４３が一行ずつオン状態にされ、一行内の各列の画素３７のキャパシタに蓄積された信号電荷が信号線４８を介して各電圧出力回路５５に入力される。
【００５３】
電圧出力回路５５から一行分の電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが出力されると、制御回路４１は、積分アンプ４９に対してリセットパルス（リセット信号）ＲＳＴを出力し、積分アンプ４９のリセットスイッチ４９ａをオンする。これにより、積分アンプ４９に蓄積された一行分の信号電荷がリセットされる。積分アンプ４９がリセットされると、ゲートドライバ３９から次の行のゲートパルスが出力され、次の行の画素３７の信号電荷の読み出しを開始させる。これらの動作を順次繰り返して全行の画素３７の信号電荷を読み出す。
【００５４】
全行の読み出しが完了すると、一画面分のＸ線画像を表す画像データがメモリ５６に記録される。画像データは、メモリ５６から読み出されて通信部３４を通じて撮影制御装置２３に出力される。こうして被検体ＨのＸ線画像が検出される。
【００５５】
また、制御回路４１は、読み出し動作における増幅器５３のゲインの値を決定するために、撮像領域３８に入射するＸ線の入射線量の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定動作を実行する。制御回路４１は、測定した線量プロファイルのコントラストに応じてゲインの値を決定し、ゲイン制御信号ＧＮを増幅器５３に送信することにより、決定した値のゲインを増幅器５３に設定する。ゲインは、１画面分の画像の読み出しには１つの値が用いられ、撮像領域３８内の全画素３７の信号電荷の読み出しに対して一律に適用される。
【００５６】
線量プロファイルは、各信号線４８の配列方向（ｘ方向：行方向）のＸ線の入射線量の分布であり、撮像領域３８の一次元（ｘ方向）についてではあるが、被検体ＨのＸ線画像の濃度分布を表す濃度プロファイルである。図２に示すように、各信号線４８には、信号線４８が延びるｙ方向（列方向）に沿ってそれぞれ複数の画素３７が接続されており、線量プロファイルは、１本の信号線４８に接続された一列分の画素３７に入射するＸ線の線量の合計値を、列毎にプロットしたものである。
【００５７】
図３において、Ｘ線画像Ｐは、線量プロファイルを説明するためのＸ線画像の例であり、説明を簡便にするために、人体などの被検体Ｈの代わりに、楕円形をした単純な構造物を被写体として撮影した画像である。被写体は、その内部においてＸ線の減弱係数は一様で、被写体の全域においてＸ線の透過量は同じである。Ｘ線画像Ｐにおいて、被写体の周囲のハッチング部分は、被写体による減衰がなくＸ線が入射する素抜け領域を示す。
【００５８】
このようなＸ線画像Ｐの場合には、各信号線４８の配列方向（ｘ方向）の線量プロファイルは、Ｘ線画像Ｐの下方に示すようなグラフになる。この線量プロファイルは、ｘ方向の両端部の素抜け領域においては、信号線４８に沿った列方向（ｙ方向）において全画素３７にＸ線が減衰せずに入射するため、それらの画素３７の入射線量の積算値である濃度は最大値（ｍａｘ）を示す。そして、楕円形の被写体が位置する領域においては、素抜け領域が減少する。被写体は楕円形をしているため、楕円の端部から中心に向かってｙ方向における素抜け領域の幅が減少する。楕円の中心において素抜け領域の幅は最小となるため、楕円形の端部から中心に向かって、列毎の線量の積算値も減少し、楕円の中心における濃度が最小値（ｍｉｎ）となる。
【００５９】
制御回路４１は、まず、測定した線量プロファイルから、例えば欠陥画素に対応する画素値などの異常値を取り除く。そして異常値が取り除かれた線量プロファイルの濃度の最大値と最小値の差Δｄであるコントラストを算出し、コントラストに応じてゲインの値を決定する。
【００６０】
図４のグラフに示すように、制御回路４１は、コントラストが大きいほどゲインの値を小さく、コントラストが小さいほどゲインの値が大きくなるようにゲインの値を決定する。制御回路４１には、図４のグラフに示されるような、コントラストとゲインの値の対応関係を表すテーブルデータを格納したＬＵＴ５７（図２参照）が接続されている。制御回路４１は、算出したコントラストに対応するゲインの値をＬＵＴ５７から読み出すことにより、ゲインの値を決定する。もちろんＬＵＴ５７を利用する代わりに、コントラストとゲインの対応関係を表す演算式を用いた演算により、ゲインの値を決定してもよい。
【００６１】
図５（Ａ）に示すように、例えば線量プロファイルの濃度の最大値が「９０」、最小値が「３０」、その差が「６０」というように、線量プロファイルのコントラストが比較的大きい場合にはゲインの値ｇを小さく、例えば「１」に決定する。ゲインの値ｇが「１」の場合には、最大値「９０」×ｇ（「１」）＝「９０」、最小値「３０」×ｇ（「１」）＝「３０」、その差は「６０」となり、ゲインを掛ける前後においてコントラストに変化は無い。
【００６２】
なお、図５において、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジは、８ビット（２５６階調）の場合を例示している。また、図５に示す例では、説明の便宜上、線量プロファイルの濃度値に対してゲインを掛ける例で説明しているが、実際には各画素３７の濃度を表す電圧信号Ｄに対してゲインが掛けられる。
【００６３】
一方、図５（Ｂ）に示すように、線量プロファイルの濃度の最大値が「９０」、最小値が「６０」、その差が「３０」というように、コントラストが比較的小さい場合には、ゲインの値ｇを大きく、例えば「１．５」に決定する。ゲインの値ｇが「１．５」の場合には、最大値「９０」×ｇ（「１．５」）＝「１３５」、最小値「６０」×ｇ（「１．５」）＝「９０」、その差は「４５」となり、ゲインを掛ける前後においてコントラストが大きくなる（「３０」→「４５」）。
【００６４】
このように線量プロファイルのコントラストが小さい場合には、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジを使い切るようにゲインを大きくする。ゲインを大きくすると、各画素３７の電圧信号Ｄに応じた画素値のコントラスト（最大値と最小値の差）が大きくなるため、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジを有効に使用することができ、細かな濃度階調の表現が可能になる。一方、線量プロファイルのコントラストが大きい場合には、ゲインが大き過ぎると、画素値がＡ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジに収まらないおそれもあるため、制御回路４１は、画素値がダイナミックレンジに収まるように電圧信号Ｄのゲインを小さくする。これにより、画像の濃度域に応じて適切な濃度階調が描出されたＸ線画像が得られる。
【００６５】
上記線量プロファイルは一次元ではあるものの画像のコントラストを反映したものであるので、線量プロファイルのコントラストに応じてゲインを設定することで、画像の濃度に応じた適切な濃度階調を描出することができる。
【００６６】
図６を参照して、線量プロファイル測定動作を含むＦＰＤ３６の動作を説明する。ＦＰＤ３６は、撮影条件が設定されると、Ｘ線の照射が開始されるまでの間、各行の走査線４７に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次出力してリセット動作を繰り返す。そして、照射スイッチ１５が操作されてＸ線の照射が開始されると、Ｘ線発生装置１１からの照射開始信号に同期して、全画素３７のＴＦＴ４３をオフ状態にして蓄積動作に移行する。リセット動作から蓄積動作に移行するタイミングは、照射開始信号を受信後、最終行の走査線４７に対するゲートパルスＧｎが出力されて、仕掛かり中の１画面分のリセット動作が終了した時点である。
【００６７】
線量プロファイル測定動作は、Ｘ線源１３からのＸ線の照射開始後、蓄積動作を経て、信号電荷の読み出し動作が開始されるまでの間に、本例においては、Ｘ線の照射が終了した終了した直後に線量プロファイル測定動作が開始される。制御回路４１は、Ｘ線の照射開始から内蔵タイマでＸ線の照射時間を計測して、照射時間が経過した時点でＸ線の照射終了を検出する。
【００６８】
制御回路４１は、Ｘ線の照射終了後に、ＴＦＴ４３をオフにした状態で、画素３７から信号線４８に漏れるリーク電流を検出することにより、線量プロファイルを測定する。リーク電流の大きさは、各画素３７に蓄積される信号電荷ＣＰに比例するので、リーク電流は、各画素３７に入射する線量に応じて大きくなる。
【００６９】
図６において、出力電圧Ｖは、積分アンプ４９の出力電圧である。積分アンプ４９に対して、信号線４８に接続された複数の画素３７からのリーク電流が入力されると、積分アンプ４９は、リーク電流の積算値に対応するリーク電荷ＣＬを蓄積し、そのリーク電荷ＣＬに応じた出力電圧Ｖであるリーク電圧ＶＬを出力する。
【００７０】
Ｘ線の照射が開始されると、画素３７に蓄積される信号電荷ＣＰはＸ線の入射量に応じて上昇する。信号電荷ＣＰが蓄積されると、オフ状態のＴＦＴ４３を介して信号電荷ＣＰの一部が信号線４８にリークして、リーク電流が流れる。信号線４８にリーク電流が流れると、積分アンプ４９に蓄積されるリーク電荷ＣＬが増加し、そのときの積分アンプ４９の出力電圧Ｖであるリーク電圧ＶＬも上昇する。
【００７１】
図６において、Ｘ線の照射が終了して信号電荷ＣＰの増加が停止した後もリーク電荷ＣＬが増加しているが、これは、リーク電荷ＣＬが、信号線４３に接続された複数の画素３７からリークするリーク電荷の積算値であり、積分アンプ４９からの距離に応じて、各画素３７のリーク電荷が積分アンプ４９に到達するまでの到達時間に時間差が生じるためである。積分アンプ４９に近いほど、その画素３７からのリーク電荷の到達時間は早く、遠いほど到達時間は遅い。そのため、積分アンプ４９から遠い位置にある画素３７のリーク電荷が信号電荷ＣＰの増加停止後に積分アンプ４９に到達することもあるので、信号電荷ＣＰの増加停止後においても、リーク電荷ＣＬが増加する。
【００７２】
なお、図６においては、説明の便宜上、リーク電荷ＣＬの値は誇張されており、実際には、リーク電荷ＣＬの値は信号電荷ＣＰに対して僅かである。
【００７３】
制御回路４１は、Ｘ線の照射終了後、所定のタイミングで信号処理回路４０に対して指令を与えて、リーク電圧ＶＬを読み取る。具体的には、Ｘ線の照射終了後、積分アンプ４９から遠い位置にある画素３７のリーク電荷が積分アンプ４９に到達するまでの遅延時間を考慮して、リーク電圧ＶＬを読み取るタイミングが設定される。
【００７４】
ＭＵＸ５０は、積分アンプ４９を順次選択してそれぞれのリーク電圧ＶＬを読み取り、読み取ったリーク電圧ＶＬがＡ／Ｄ変換器５１によってデジタル値に変換されてメモリ５６に記録される。制御回路４１は、そのデジタル値を読み出して線量プロファイルを生成し、線量プロファイルのコントラストを算出する。そして、ＬＵＴ５７を参照してコントラストに応じたゲインの値を決定する。制御回路４１は、決定した値のゲインを増幅器５３に設定する。
【００７５】
線量プロファイル測定動作は、ＴＦＴ４３をオフした状態で、画素３７からリーク電流を検出することにより行われるため、ＴＦＴ４３をオンして電荷を読み出す場合と比べて、画素３７に蓄積された信号電荷ＣＰのロス（被検体Ｈに照射されたＸ線のロス）が少ない。また、本例においては、線量プロファイルの測定に信号電荷読み出し用の信号処理回路４０を利用しているので、専用の測定回路を利用する場合と比べて、部品コストが抑えられる。
【００７６】
線量プロファイル測定動作が終了すると、制御回路４１からリセットパルスＲＳＴが出力されて積分アンプ４９内のリーク電荷ＣＬがリセットされる。この後、１行目の走査線４７に対するゲートパルスＧ１から、各走査線４７にゲートパルスが順次出力されて、各画素３７の信号電荷ＣＰの読み出し動作が行われる。ＴＦＴ４３がオンされて、信号電荷ＣＰが信号線４８を通じて積分アンプ４９に入力されると、積分アンプ４９の出力電圧Ｖは、信号電荷ＣＰの量に応じて上昇する。この出力電圧Ｖが電圧信号Ｄとして読み取られる。
【００７７】
図２に戻って、画像補正部５８は、メモリ５６に出力されＸ線画像のデータに対して、ＦＰＤ３６の個体差や環境に起因して生じる固定パターンノイズであるオフセット成分を除去するオフセット補正や、各画素３７のフォトダイオード４２の感度のばらつきや電圧出力回路５５の出力特性のばらつきなどを補正するための感度補正といった画像補正処理を施す。
【００７８】
オフセット補正や感度補正は、電子カセッテ２１の起動時や定期的に行われるキャリブレーション処理において取得されるオフセット補正データや感度補正データを用いて行われる。オフセット補正データは、Ｘ線を照射せずにＦＰＤ３６から読み出した１画面分の画像データである。オフセット補正データには、各画素３７における暗電流特性のばらつきを表す固定パターンノイズや各電圧出力回路５５の出力特性のばらつきなどのノイズ成分が反映される。信号電荷にはこうしたノイズ成分が含まれるので、被検体Ｈを撮影したＸ線画像のデータからオフセット補正データを画素毎に減算することで、Ｘ線画像のデータからノイズ成分が除去される。
【００７９】
感度補正データは、被検体Ｈが無い状態でＸ線を照射してＦＰＤ３６から読み出した１画面分の画像データから、オフセット補正データを画素毎に減算して係数化したものである。感度補正データには、各画素３７の感度のばらつきが反映される。オフセット補正後のＸ線画像に対して感度補正データを画素毎に乗算することで、各画素３７の感度のばらつきに起因する濃度変動が補正される。
【００８０】
画像補正が施されたＸ線画像は、通信部５９によって撮影制御装置２３を介してコンソール２４に送信される。
【００８１】
上記構成による作用について、図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。被検体Ｈの撮影を行う際には、電子カセッテ２１がセットされた撮影台２２の高さ調節などにより被検体Ｈの撮影部位と電子カセッテ２１との相対位置のポジショニングや、撮影条件の設定などの撮影準備作業が行われる。撮影条件が設定されると、電子カセッテ２１のＦＰＤ３６はリセット動作を開始する。
【００８２】
撮影準備作業が終了後、照射スイッチ１５が押下されると、線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対してウォームアップ開始信号及び照射開始信号を送信する。Ｘ線源１３は、照射開始信号を受信すると、Ｘ線の照射を開始する（Ｓ１０１）。照射開始信号は、線源制御装置１４から撮影制御装置２３に対しても送信され、撮影制御装置２３は、受信した照射開始信号を電子カセッテ２１に送信する。
【００８３】
電子カセッテ２１の制御回路４１は、照射開始信号を受信すると、Ｘ線の照射が開始されたことを検出してリセット動作を停止して、蓄積動作を開始させる（Ｓ１０２）。そして、蓄積動作の開始時に内蔵タイマによってＸ線の照射時間の計測を開始する。制御回路４１は、Ｘ線の照射時間が経過すると、Ｘ線の照射終了を検出して（Ｓ１０３）、線量プロファイル測定動作を開始する（Ｓ１０４）。
【００８４】
線量プロファイル測定動作において、制御回路４１は、ＴＦＴ４３をオフした状態のまま、信号処理回路４０によって、各信号線４８に接続された積分アンプ４９のリーク電圧ＶＬを読み出して、各信号線４３の配列方向（ｘ方向）の線量プロファイルを測定する（Ｓ１０４）。制御回路４１は、測定した線量プロファイルのコントラスト（最大値と最小値の差）を算出する。そして、ＬＵＴ５７を参照してコントラストに応じたゲインの値を決定し、その値のゲインを増幅器５３に設定する（Ｓ１０５）。
【００８５】
制御回路４１は、ゲインを設定すると、読み出し動作を開始させる（Ｓ１０６）。読み出し動作では、ゲートドライバ３９から各走査線４７に対してゲートパルスが順次出力され、１行単位で画素３７の信号電荷が読み出される。積分アンプ４９が出力する電圧信号Ｄは、増幅器５３によって、設定されたゲインで増幅されて出力される。図４、５に示すように、コントラストが大きい場合にはゲインは小さく、コントラストが小さい場合にはゲインは大きく設定されるので、Ａ／Ｄ変換器５１のダイナミックレンジを有効に利用することができ、画像の濃度に応じた適切な濃度階調を描出できる。
【００８６】
また、増幅器５３のゲインは全画素３７に対して一律に適用されるため、本発明は、ゲインを領域毎に変更する従来と比べて、Ａ／Ｄ変換後の画像補正部５８におけるオフセット補正や感度補正などの画像補正が複雑にならない。具体的には、従来技術で述べた特許文献１に記載の第２の方法のように領域毎にゲインの値を変えると、同じ濃度の画素３７であっても、領域が異なればゲインの値が変化するため画素値が変わってしまう。そのため、画像補正においてはゲインの値を考慮してオフセット補正や感度補正を行う必要がある。これに対して、本発明は全画素３７に対して一律に適用すれば、そうした必要はないため、画像補正が複雑にならない。
【００８７】
また、本発明では、ゲインの値を決定するための線量プロファイルの測定は、ＴＦＴ４３がオフされた状態で信号線４８に漏れるリーク電流を利用して行っている。そのため、ＴＦＴ４３をオンして画素３７から信号電荷を読み出すことにより線量プロファイルを測定する場合と比較して、信号電荷のロスが少ない。信号電荷の量はＸ線の入射線量に対応するので、線量プロファイルの測定のためにＸ線の線量を増加させるといった必要もなくなり、被検体Ｈの被曝量が増加することもない。また、リーク電流に応じたリーク電荷の量は信号電荷の量と比較して僅かであるため、信号電荷を読み出すよりも読み出し時間が短時間で済むので、測定時間も短い。
【００８８】
また、上記電圧出力回路５５において、ゲインを増幅器５３で変更する例で説明したが、ゲインをＭＵＸ５０で変更してもよい。
【００８９】
また、リーク電流は僅かであるため、リーク電圧ＶＬの読み出し時には電圧出力回路５５のゲインの値を最大にしておくのが好ましい。もちろん、信号電荷を読み出す際には、電圧出力回路５５のゲインは、線量プロファイルのコントラストに応じた値に設定される。
【００９０】
また、上記例では、制御回路４１は、線量プロファイルのコントラストのみに基づいてゲインの値を決定する例で説明したが、コントラストに加えて、線量プロファイルの最小値を考慮してゲインの値を決定してもよい。コントラストが小さくても最小値が高いときは、ゲインを大きくし過ぎると画素値が飽和してしまう場合があるからである。その反対に、コントラストが大きくても最小値が小さければ、ダイナミックレンジに余裕がある場合もある。
【００９１】
そのため、制御回路４１は、コントラストが小さくても最小値が高いときは、コントラストのみに基づいて決定したゲインの値よりもゲインの値を低めにし、反対にコントラストが大きくても最小値が小さいときは、コントラストのみに基づいて決定したゲインの値よりもゲインの値を高めにする。
【００９２】
また、上記例では、撮像領域３８内に配される全信号線４８のリーク電流に基づいて、信号線４８の配列方向（ｘ方向）の全域の線量プロファイルを測定して、その線量プロファイルのコントラストを調べてゲインを設定する例を示したが、信号線４８の配列方向の全域の線量プロファイルのコントラストではなく、一部の領域の線量プロファイルのコントラストを調べてゲインを設定してもよい。
【００９３】
例えば、図８に示すように、被写体の一部（例えば、被検体Ｈの関心領域など）の領域の線量プロファイルのコントラスト（Δｄ）に基づいてゲインを設定してもよい。こうすれば、関心領域以外の濃度の影響が少なくなり、より関心領域のコントラストに応じたゲインが設定されるので、関心領域の濃度に適した濃度階調が描出できる。
【００９４】
この場合には、例えば撮像領域３８の中心付近に関心領域が配置されるようにポジショニングを行った上で撮影を行う。制御回路４１に対しては、線量プロファイルのうちコントラストを調べる範囲が予め指定される。制御回路４１は、撮像領域３８の全域の線量プロファイルのうち、指定された範囲（撮像領域３８の中心付近）におけるコントラストを算出する。もちろん、この場合には、全信号線４８からリーク電流を読み出す必要はなく、指定された範囲のみのリーク電流を読み出して線量プロファイルを測定してもよい。
【００９５】
また、上記例では、線量プロファイル測定動作を、Ｘ線の照射終了後に開始する例で説明したが、Ｘ線の照射終了前に開始してもよい。Ｘ線の照射終了前であっても、リーク電流は信号線４８に流れはじめているので、線量プロファイルの測定は可能である。ただし、上記例のように各行のリーク電流の積分アンプ４９への到達時間には時間差があるので、Ｘ線の照射終了後、到達時間の時間差を考慮したタイミングで線量プロファイル測定動作を開始することが好ましい。
【００９６】
また、上記例では、撮像領域３８内の信号線４８の配列方向（ｘ方向）の一次元の線量プロファイルを測定し、そのコントラストに基づいてゲインを設定しているが、図９に示すように、ｘ方向とｙ方向の二次元の線量プロファイルを測定してゲインを設定してもよい。図９に示す線量プロファイルは、図３及び図８で示した楕円形の被写体を撮影した場合の例である。二次元の線量プロファイルは、１画面内の画素３７毎の濃度分布を表すので、そのコントラストに応じたゲインを設定することで、一次元の線量プロファイルを利用する場合よりも、より画像の濃度に適した濃度階調を描出できる。
【００９７】
二次元の線量プロファイルを測定する場合には、リーク電流を用いて次のように行う。上述したとおり、各画素３７からのリーク電荷が積分アンプ４９に到達する到達時間には積分アンプ４９からの距離に応じた時間差がある。例えば、図１０に示すように、各行の画素３７からのリーク電荷をＣＬ１〜ＣＬｎとすると、各リーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎは、積分アンプ４９に一番近い最終行の画素３７のリーク電荷ＣＬｎから順に積分アンプ４９に入力され、１行目の画素３７のリーク電荷ＣＬ１が最後に入力される。
【００９８】
図１１に示すように、積分アンプ４９にはリーク電荷ＣＬｎから順に蓄積され、積分アンプ４９が出力するリーク電圧ＶＬは、リーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎの蓄積量に応じて上昇する。各行のリーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎの到達時間には時間差があるので、制御回路４１は、その時間差に応じた間隔Ｔ毎にリーク電圧ＶＬを読み出して、逐次内部メモリに記録する。リーク電圧ＶＬは、その時点におけるリーク電荷ＣＬの積算値に応じた値であるので、制御回路４１は、最新のリーク電圧ＶＬから前回読み出したリーク電圧ＶＬの差を求めて、各行の画素３７のリーク電荷ＣＬ１〜ＣＬｎに応じたリーク電圧ΔＶＬ１〜ΔＶＬｎを算出する。
【００９９】
制御回路４１は、リーク電圧ΔＶＬ１〜ΔＶＬｎをプロットすることで、信号線４８に沿った方向（ｙ方向）の線量プロファイルを測定する。制御回路４１は、各信号線４８のｙ方向の線量プロファイルを、ｘ方向に配列して、ｘ方向とｙ方向の二次元の線量プロファイルを得る。そして、制御回路４１は、測定した二次元の線量プロファイルに基づいてその最大値と最小値のコントラストを算出し、算出したコントラストに応じてゲインの値を決定し、決定した値のゲインを増幅器５３に設定する。
【０１００】
また、上記例では、リーク電流に基づいて線量プロファイルを測定しているが、リーク電流の代わりに、特許文献１に記載されているようにバイアス電流に基づいて線量プロファイルを測定してもよい。
【０１０１】
この場合には、図１２に示すように、撮像領域３８内において画素３７に行単位に接続される各バイアス線４４に電流計６１を配置し、各バイアス線４４に流れるバイアス電流が計測される。バイアス電流の大きさは、画素３７に蓄積される電荷量と比例する。１本のバイアス線４４には、１行分の画素３７が接続されているため、各バイアス線４４には、各行の画素３７に蓄積される電荷量の積算値に応じたバイアス電流が流れる。制御回路４１は、各電流計６１の計測値を読み出して、ｘ方向の一次元の線量プロファイルを測定する。本例のバイアス線４４は行単位に接続されており、信号線４８と直交しているので、ｘ方向の一次元の線量プロファイルが測定されるが、バイアス線４４を信号線４８と平行に配設してもよい。こうすれば、ｙ方向の一次元の線量プロファイルが測定される。
【０１０２】
このようにリーク電流の代わりにバイアス電流を利用して線量プロファイルを測定することも可能だが、バイアス電流を利用する場合には電流計などの追加部品が必要となり部品コストが増加する。上述したように、リーク電流を利用する場合には、線量プロファイルの測定に信号処理回路４０を利用できるため部品コストの増加もない。また、リーク電流の場合には、二次元の線量プロファイルを測定できるといったメリットもある。そのため、バイアス電流を利用するよりも、リーク電流を利用して線量プロファイルを測定することが好ましい。
【０１０３】
なお、本発明に係るＸ線撮影システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１０４】
上記例では、電子カセッテ２１は、Ｘ線発生装置１１からの照射開始信号を受けてＸ線の照射開始を検出しているが、Ｘ線発生装置１１と通信することなく、電子カセッテ２１においてＸ線の照射開始を自己検出してもよい。照射開始の自己検出の方法としては、例えば、リセット動作時の積分アンプ４９の出力電圧の上昇、ＴＦＴ４３がオフされた状態におけるリーク電圧の上昇、バイアス電流の上昇を監視する方法など各種の方法があり、いずれの方法でもよい。
【０１０５】
また、Ｘ線撮影システム１０は病院の撮影室に据え置かれるタイプに限らず、回診車に搭載されるタイプや、Ｘ線源１３、線源制御装置１４、電子カセッテ２１、撮影制御装置２３等を事故、災害等の緊急医療対応が必要な現場や在宅診療を受ける患者の自宅に持ち運んでＸ線撮影を行うことが可能な可搬型のシステムに適用してもよい。
【０１０６】
上記例では、電子カセッテと撮影制御装置を別体で構成した例で説明したが、撮影制御装置の機能を電子カセッテの制御回路に内蔵する等、電子カセッテと撮影制御装置を一体化してもよい。
【０１０７】
上記実施形態では、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテを例に説明したが、据え置き型のＸ線画像検出装置に本発明を適用してもよい。
【０１０８】
本発明は、Ｘ線に限らず、γ線等の他の放射線を使用する撮影システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線発生装置
１２ Ｘ線撮影装置
１３ Ｘ線源
１４ 線源制御装置
２１ 電子カセッテ
２３ 撮影制御装置
２４ コンソール
３６ ＦＰＤ
３７ 画素
４０ 信号処理回路
４１ 制御回路（線量プロファイル測定手段、ゲイン設定手段）
４３ ＴＦＴ
４４ バイアス線
４５ 結線
４６ バイアス電源
４８ 信号線
４９ 積分アンプ
５３ 増幅器
５５ 電圧出力回路
６１ 電流計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する検出パネルと、
前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路と、
前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定手段と、
前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定手段とを備えていることを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記ゲイン設定手段は、前記コントラストが小さいほど前記ゲインの値を大きくすることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
前記コントラストは、前記線量プロファイルにおける最大値と最小値の差であることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線画像検出装置。
【請求項４】
前記ゲイン設定手段は、前記コントラストに加えて、前記最小値に基づいて前記ゲインの値を決定することを特徴とする請求項３記載の放射線画像検出装置。
【請求項５】
前記線量プロファイルは、前記撮像領域の一部の線量プロファイルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項６】
前記配線は、前記撮像領域内において前記画素に列単位で接続され、前記画素から前記信号電荷を読み出すための信号線であり、
前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記画素から前記信号線にリークするリーク電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項７】
前記電圧出力回路は、信号線毎に接続されており、
前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流に応じて前記電圧出力回路が出力する出力電圧を読み出して前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項６記載の放射線画像検出装置。
【請求項８】
前記リーク電流に応じた前記出力電圧の読み出し時には、前記電圧出力回路のゲインを最大にすることを特徴とする請求項７記載の放射線画像検出装置。
【請求項９】
前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流を検出することにより、前記信号線の配列方向の一次元の前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項７又は８記載の放射線画像検出装置。
【請求項１０】
前記線量プロファイル測定手段は、Ｘ線の照射開始後、各行の画素から前記信号線に流れ出す前記リーク電流の時間差を利用して、前記撮像領域内の二次元の前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項７又は８記載の放射線画像検出装置。
【請求項１１】
前記線量プロファイル測定手段は、前記放射線の照射終了後に前記線量プロファイルの測定を開始することを特徴とする請求項１０記載の放射線画像検出装置。
【請求項１２】
前記配線は、前記画素に行単位又は列単位で接続され、前記画素にバイアス電圧を印加するためのバイアス線であり、
前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記バイアス線に流れるバイアス電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１３】
放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線と、前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて前記被写体の放射線画像を検出する放射線画像検出装置に用いられ、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインを設定するゲイン設定方法において、
前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定ステップと、
前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定ステップとを備えていることを特徴とする放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法。
【請求項１】
放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する検出パネルと、
前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路と、
前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定手段と、
前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定手段とを備えていることを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記ゲイン設定手段は、前記コントラストが小さいほど前記ゲインの値を大きくすることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
前記コントラストは、前記線量プロファイルにおける最大値と最小値の差であることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線画像検出装置。
【請求項４】
前記ゲイン設定手段は、前記コントラストに加えて、前記最小値に基づいて前記ゲインの値を決定することを特徴とする請求項３記載の放射線画像検出装置。
【請求項５】
前記線量プロファイルは、前記撮像領域の一部の線量プロファイルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項６】
前記配線は、前記撮像領域内において前記画素に列単位で接続され、前記画素から前記信号電荷を読み出すための信号線であり、
前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記画素から前記信号線にリークするリーク電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項７】
前記電圧出力回路は、信号線毎に接続されており、
前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流に応じて前記電圧出力回路が出力する出力電圧を読み出して前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項６記載の放射線画像検出装置。
【請求項８】
前記リーク電流に応じた前記出力電圧の読み出し時には、前記電圧出力回路のゲインを最大にすることを特徴とする請求項７記載の放射線画像検出装置。
【請求項９】
前記線量プロファイル測定手段は、前記リーク電流を検出することにより、前記信号線の配列方向の一次元の前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項７又は８記載の放射線画像検出装置。
【請求項１０】
前記線量プロファイル測定手段は、Ｘ線の照射開始後、各行の画素から前記信号線に流れ出す前記リーク電流の時間差を利用して、前記撮像領域内の二次元の前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項７又は８記載の放射線画像検出装置。
【請求項１１】
前記線量プロファイル測定手段は、前記放射線の照射終了後に前記線量プロファイルの測定を開始することを特徴とする請求項１０記載の放射線画像検出装置。
【請求項１２】
前記配線は、前記画素に行単位又は列単位で接続され、前記画素にバイアス電圧を印加するためのバイアス線であり、
前記線量プロファイル測定手段は、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記バイアス線に流れるバイアス電流を検出することにより、前記線量プロファイルを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１３】
放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域と、前記各画素に前記信号電荷を蓄積させる蓄積動作と前記各画素から前記信号電荷を読み出す読み出し動作とを行わせるためのスイッチング素子と、各画素に行単位又は列単位で接続され前記放射線の入射量に応じた電流が流れる複数の配線と、前記画素から読み出された前記信号電荷を電圧信号に変換して、前記電圧信号を増幅して出力する電圧出力回路と、出力された前記電圧信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器とを含む信号処理回路とを有し、放射線源から照射され被写体を透過した放射線を受けて前記被写体の放射線画像を検出する放射線画像検出装置に用いられ、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインを設定するゲイン設定方法において、
前記読み出し動作の開始前に、前記スイッチング素子がオフされた状態で前記複数の配線に流れる前記電流を検出して、前記撮像領域内における、少なくとも前記放射線の入射線量の一次元の分布を表す線量プロファイルを測定する線量プロファイル測定ステップと、
前記線量プロファイルのコントラストに応じて、前記電圧信号を増幅する増幅率であるゲインの値を１つ決定し、決定した値のゲインを前記電圧出力回路に設定するゲイン設定ステップとを備えていることを特徴とする放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６１５５３（Ｐ２０１２−１６１５５３Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８５２（Ｐ２０１１−２５８５２）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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