放射線画像検出装置
【課題】放射線画像の信号からノイズ成分を確実に除去する。
【解決手段】ＦＰＤ３６には、画素３７の複数列のグループ６２毎に、画素３７で蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する信号処理回路４０とノイズ検出素子６３が配されている。ノイズ検出素子６３は、画素３７と同様の構成であるが電荷蓄積機能を有さず、その出力電圧信号Ｄｎｚはノイズ成分を表す。減算器６４は、信号処理回路４０から出力された画素３７の電圧信号Ｄｉからノイズ検出素子６３の電圧信号Ｄｎｚを減算する。
【解決手段】ＦＰＤ３６には、画素３７の複数列のグループ６２毎に、画素３７で蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する信号処理回路４０とノイズ検出素子６３が配されている。ノイズ検出素子６３は、画素３７と同様の構成であるが電荷蓄積機能を有さず、その出力電圧信号Ｄｎｚはノイズ成分を表す。減算器６４は、信号処理回路４０から出力された画素３７の電圧信号Ｄｉからノイズ検出素子６３の電圧信号Ｄｎｚを減算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を受けて放射線画像を検出する放射線画像検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線撮影システム、例えばＸ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線発生装置と、Ｘ線を受けてＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置とからなる。Ｘ線発生装置は、Ｘ線を被検体に向けて照射するＸ線源、Ｘ線源の駆動を制御する線源制御装置、およびＸ線の照射開始指示を入力するための照射スイッチを有している。Ｘ線撮影装置は、被検体を透過したＸ線を受けてＸ線画像を検出するＸ線画像検出装置、およびＸ線画像検出装置の駆動を制御する撮影制御装置を有している。
【０００３】
Ｘ線画像検出装置には、Ｘ線フイルムやイメージングプレート（ＩＰ）に代わり、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ；flat panel detector）を検出器として用いたものが最近普及している。ＦＰＤには、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素がマトリックス状に配列されている。ＦＰＤは、画素毎に信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を信号処理回路で電圧信号に変換することで、被検体の画像情報を表すＸ線画像を検出し、これをデジタルな画像データとして出力する。
【０００４】
ＦＰＤを直方体形状の筐体に内蔵した可搬型のＸ線画像検出装置（以下、電子カセッテという）も実用化されている。電子カセッテは、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の撮影台に取り付けて使用される他、据え置き型では撮影困難な部位を撮影するために被検体自身に持たせて使用される。また、自宅療養中の高齢者や、事故、災害等による急病人を撮影するため、撮影台の設備がない病院外に持ち出して使用されることもある。
【０００５】
一般に電気部品の出力は、部品自体の内的要因、または周囲環境等の外的要因によるノイズの影響を受ける。多くの電気部品が搭載されたＸ線画像検出装置も例外ではなく、被検体や放射線技師が意図せずぶつかる等して衝撃が与えられると、その衝撃による振動でノイズが発生する。このノイズが画像データの信号に乗るとＸ線画像上で偽像となるため、診断ミスを誘発し兼ねない。
【０００６】
そこで、従来ノイズによるＸ線画像の画質劣化を防ぐ様々な方法が提案されている（特許文献１、２参照）。特許文献１は、ＦＰＤに設けられたＴＦＴの走査線の電位ゆらぎによるノイズを除去するため、Ｘ線に基づく信号電荷を蓄積する機能を有しないダミー画素を設け、有効画素の出力信号からダミー画素の出力信号を差し引いている。特許文献２は、ＦＰＤ全体に印加されるバイアス電圧のゆらぎによるノイズを除去するため、ＦＰＤとバイアス電源の間にフィルタ回路およびバッファ回路を接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０８１４４３号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
画素で蓄積した信号電荷を電圧信号に変換する信号処理回路には、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）といった専用の集積回路が用いられる。ＡＳＩＣは画素の複数列（例えば２５６列）のグループ毎に設けられている。ＡＳＩＣには個体差があり、各ＡＳＩＣが担うグループ単位でノイズの乗り方も変わる。また、ＡＳＩＣ自身がノイズの発生源でもある。
【０００９】
各ＡＳＩＣが担うグループ単位でノイズの乗り方が変わることから、特許文献１のように有効画素の出力信号からダミー画素の出力信号を一律に差し引くだけでは、ノイズ成分の除去が不十分であったり、ノイズ成分でない本来の画像成分まで除去してしまうことになる。特許文献２の方法では、バイアス電圧のゆらぎによるノイズ成分の除去はできるが、ＡＳＩＣ自身の発するノイズ成分の除去はできない。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、放射線画像の信号からノイズ成分を確実に除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射線画像検出装置は、放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の配列画素と、前記画素の複数列のグループ毎に設けられ、前記画素で蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する信号処理回路と、前記信号処理回路と同じくグループ毎に設けられ、前記画素と同様の構成であるが電荷蓄積機能を有さないノイズ検出素子と、同じグループの前記画素と前記ノイズ検出素子の電気信号の差分をとる減算器とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記ノイズ検出素子は、ある列の前記画素の電荷蓄積機能を無効化したものである。
【００１３】
前記減算器はアナログの電気信号同士を減算する。デジタル化された電気信号同士を減算してもよい。
【００１４】
前記信号処理回路は、電荷を一定期間積分する積分アンプ、前記積分アンプから出力された電気信号を増幅する増幅器、電気信号のレベルを保持するサンプルホールド部、および前記サンプルホールド部に保持された電気信号を順次選択してＡ／Ｄ変換器に出力するマルチプレクサを有する。
【００１５】
前記信号処理回路はＡＳＩＣからなることが好ましい。
【００１６】
可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、画素の複数列のグループ毎にノイズ検出素子を設け、同じグループの画素とノイズ検出素子の電気信号の差分をとるので、各グループに適したノイズ成分の除去を行うことができる。従って、放射線画像の信号からノイズ成分を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】ＦＰＤと信号処理回路の具体的構成を示す図である。
【図４】ＦＰＤと信号処理回路の具体的構成の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の駆動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。
【００２０】
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）とからなる。ターゲットは円板形状をしており、回転により円周軌道上で焦点が移動して、熱電子が衝突する焦点の発熱が分散する回転陽極である。照射野限定器１３ｂは、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。
【００２１】
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１６を通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。本例のＸ線発生装置１１は、Ｘ線撮影装置１２との通信機能を持たないものであり、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により手動で設定される。
【００２２】
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１７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１７を通じて線源制御装置１４に入力される。
【００２３】
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。ウォームアップ開始信号を受けた場合、線源制御装置１４は、ヒータを作動させてフィラメントの予熱を行わせる他、ターゲットの回転を開始させて目標の回転速度に到達させる。ウォームアップに必要な時間は、約２００ｍｓｅｃ〜１５００ｍｓｅｃ程度である。放射線技師は、照射スイッチ１５の一段階押しでウォームアップの開始指示を入力した後、ウォームアップに必要な間をおいて二段階押しして照射開始指示を入力する。
【００２４】
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。
【００２５】
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、照射検出センサ２５と、ＦＰＤ３６（図２参照）と、照射検出センサ２５および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Ｈを透過したＸ線を受けてＸ線画像を出力する。電子カセッテ２１は、略矩形状で偏平な形状を有し、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。
【００２６】
撮影台２２は、電子カセッテ２１が着脱自在に取り付け可能なスロットを有し、Ｘ線が入射する入射面を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。
【００２７】
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）のマトリクス状に配列されている。
【００２８】
ＦＰＤ３６は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体）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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
フォトダイオード４２は、電荷を発生する半導体層（例えばＰＩＮ型）とその上下に上部電極および下部電極を配した構造を有している。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が接続されており、バイアス線４４を通じてバイアス電圧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。
【００３１】
ＴＦＴ４３は、ゲート電極が走査線４５に、ソース電極が信号線４６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４５と信号線４６は格子状に配線されており、走査線４５は撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）、信号線４６は画素３７の列数分（ｍ列分）それぞれ設けられている。走査線４５はゲートドライバ３９に接続され、信号線４６は信号処理回路４０に接続される。
【００３２】
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（本読み）動作と、リセット（空読み）動作とを行わせる。制御回路４１は、通信部５３を通じて入力される撮影制御装置２３からの制御信号に基づいて、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。
【００３３】
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４５を一行ずつ順に活性化し、走査線４５に接続されたＴＦＴ４３を一行分ずつオン状態とする。画素３７のキャパシタに蓄積された電荷は、ＴＦＴ４３がオン状態になると信号線４６に読み出されて、信号処理回路４０に入力される。
【００３４】
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荷が発生する。この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。画素３７において発生する暗電荷は、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、信号線４６を通じて掃き出す動作である。
【００３５】
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４５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４６を通じて積分アンプ４７に流れる。リセット動作では、読み出し動作と異なり、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４８による積分アンプ４７に蓄積された電荷の読み出しは行われず、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎの発生と同期して、制御回路４１からリセットパルスＲＳＴが出力され、積分アンプ４７がリセットされる。電荷の読み出しが行われない分、リセット動作に掛かる時間は読み出し動作に掛かる時間よりも短くなる。
【００３６】
信号処理回路４０は、積分アンプ４７、ＭＵＸ４８、およびＡ／Ｄ変換器４９等を備える。積分アンプ４７は、各信号線４６に対して個別に接続される。積分アンプ４７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４６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４７のもう一方の入力端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ４７は、信号線４６から入力される電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。各列の積分アンプ４７の出力端子には、増幅器５０、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）部５１を介してＭＵＸ４８が接続される。ＭＵＸ４８の出力側には、Ａ／Ｄ変換器４９が接続される。
【００３７】
ＭＵＸ４８は、パラレルに接続される複数の積分アンプ４７から順に一つの積分アンプ４７を選択し、選択した積分アンプ４７から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器４９に入力する。Ａ／Ｄ変換器４９は、入力された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをデジタルデータに変換して、電子カセッテ２１の筐体に内蔵されるメモリ５２に出力する。なお、ＭＵＸ４８とＡ／Ｄ変換器４９の間に増幅器を接続してもよい。
【００３８】
ＭＵＸ４８によって積分アンプ４７から一行分の電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが読み出されると、制御回路４１は、積分アンプ４７に対してリセットパルスＲＳＴを出力し、積分アンプ４７のリセットスイッチ４７ａをオンする。これにより、積分アンプ４７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４７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。
【００３９】
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５２に記録される。この画像データは、メモリ５２から読み出され、通信部５３、通信ケーブル２６（図１参照）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。
【００４０】
図３に示すように、信号処理回路４０の積分アンプ４７、増幅器５０、Ｓ／Ｈ部５１、およびＭＵＸ４８は、複数列（例えば２５６列）の画素３７毎に一つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）６１にまとめて設けられている。
【００４１】
一つのＡＳＩＣ６１が担う画素３７のグループ６２には、一列または複数列分（図では一列を例示）のハッチングで示すノイズ検出素子６３が含まれる。例えばノイズ検出素子６３は各グループ６２の端の列に配される。ノイズ検出素子６３は、その出力電圧信号が、Ｘ線の非照射時の画素３７の出力電圧信号と同じ値となるよう設計されており、例えば光電変換機能をもつ半導体層とキャパシタとが電気的に切断されている、あるいは半導体層が遮光されている。このためノイズ検出素子６３にはＸ線に基づく信号電荷は蓄積されず、その出力電圧信号Ｄｎｚは主にノイズ成分を表す。
【００４２】
各グループ６２のＭＵＸ４８とＡ／Ｄ変換器４９の間には減算器６４が設けられている。ノイズ検出素子６３の列の信号線４６はＭＵＸ４８を介さず減算器６４に直接繋がれている。減算器６４は、画素３７の出力電圧信号Ｄｉ（ｉ＝１〜ｍ）からノイズ検出素子６３の出力電圧信号Ｄｎｚを差し引き、減算結果Ｄｉ’（＝Ｄｉ−Ｄｎｚ）をＡ／Ｄ変換器４９に出力する。このためメモリ５２に記録されるデータは電圧信号Ｄｉ’をデジタル化したものである。なお、読み出し動作ではｘ方向に並ぶ同じ行の画素３７の信号電荷が一斉に読み出されるので、一行の読み出し毎に減算器６４で扱われる電圧信号Ｄｉ、Ｄｎｚも同じ行の画素３７とノイズ検出素子６３の出力となる。
【００４３】
蓄積動作や読み出し動作中に、放射線技師や被検体Ｈが撮影台２２に意図せずぶつかる等して、電子カセッテ２１に衝撃が加わり電子カセッテ２１が振動することが有り得る。あるいは、電子カセッテ２１を被検体Ｈが持ったり、被検体Ｈのうえに電子カセッテ２１を載せたりして撮影する場合、被検体Ｈが乗降する毎に揺れる回診車内で撮影する場合、病院外で発電機を電源として撮影を行う場合等、電子カセッテ２１が振動するシチュエーションは多々考えられる。
【００４４】
電子カセッテ２１が振動すると、その振動ノイズによってバイアス電圧Ｖｂがゆらいで誘導電荷が発生する。そして、このノイズ成分が特に信号処理回路４０や信号線４６に乗り、ノイズ成分が電圧信号に加算されてしまうということが起きる。電圧信号にノイズ成分が加算されてしまうと、Ｘ線画像の画質が劣化し診断に支障を来す。
【００４５】
振動によるノイズは突発的なものであるため、暗電荷に起因するノイズ成分を除去するいわゆるオフセット補正では対応することができない。このため本例では、一つのＡＳＩＣ６１に属する画素３７のグループ６２毎にノイズ検出素子６３と減算器６４を設け、減算器６４で画素３７の電圧信号Ｄｉからノイズ検出素子６３の電圧信号Ｄｎｚを差し引いている。従って、ノイズが発生して電圧信号にノイズ成分が重畳されたとしても、画素３７の電圧信号からノイズ成分が確実に除去され、Ｘ線画像の画質を良好に保つことができる。
【００４６】
照射検出センサ２５は、ＦＰＤ３６の撮像領域３８の近傍に配置される。照射検出センサ２５は、Ｘ線の照射を受けてＸ線の入射量に応じた照射検出信号を出力する。照射検出信号は、通信ケーブル２６を通じて撮影制御装置２３に入力される。撮影制御装置２３は、照射検出信号の信号レベルを監視して、Ｘ線源１３によるＸ線の照射が開始されたことを検出する。
【００４７】
制御回路４１は、照射検出センサ２５の照射検出信号の信号レベルが閾値以上となったとき、Ｘ線の照射が開始されたことを検出する。そして、ＦＰＤ３６の動作をリセット動作から蓄積動作へ移行させる。制御回路４１は、蓄積動作を開始してからの経過時間をタイマにより計時する。そして、経過時間が撮影条件で設定された時間に達したら、ＦＰＤ３６を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。
【００４８】
撮影制御装置２３は、通信ケーブル２６による有線方式、あるいは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（増幅器５０のゲイン等）を設定させるとともに、ＦＰＤ３６の前記各動作を間接的に制御し、また、電子カセッテ２１からの画像データをコンソール２４に送信する。
【００４９】
図１において、撮影制御装置２３は、装置を統括的に制御するＣＰＵ２３ａと、電子カセッテ２１と有線方式または無線方式により通信するとともに、コンソール２４と通信ケーブル２７を介して通信する通信部２３ｂと、メモリ２３ｃとを有する。通信部２３ｂ、メモリ２３ｃはＣＰＵ２３ａに接続されている。メモリ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａが実行する制御プログラムが格納される他、照射検出センサ２５の照射検出信号の信号レベルと比較される閾値等の各種情報が格納される。
【００５０】
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オフセット補正やゲイン補正等の各種画像処理を施す。画像処理にはノイズ検出素子３７ａの電圧信号Ｄｎｚを周囲の画素３７の電圧信号Ｄｉで補間する処理も含まれる。画像処理済みの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。
【００５１】
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、放射線技師により手動入力される。放射線技師は、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。
【００５２】
以下、上記構成による作用について説明する。Ｘ線撮影システム１０で撮影を行う場合には、まず、撮影台２２にセットされた電子カセッテ２１の高さを調節して、被検体Ｈの撮影部位と位置を合わせる。また、電子カセッテ２１の高さおよび撮影部位の大きさに応じて、Ｘ線源１３の高さや照射野の大きさを調整する。
【００５３】
次いで、電子カセッテ２１の電源を投入する。このとき、電源回路からバイアス電圧ＶｂがＦＰＤ３６の画素３７に供給されるが、ゲートドライバ３９および信号処理回路４０は動作を停止している。続いてコンソール２４から撮影条件を入力し、撮影制御装置２３を介して電子カセッテ２１に撮影条件を設定する。また、線源制御装置１４にも撮影条件を設定する。撮影条件の設定後、ＦＰＤ３６はリセット動作を開始する。
【００５４】
以上の撮影準備が完了すると、放射線技師によって照射スイッチ１５が一段階押しされる。これにより線源制御装置１４にウォームアップ開始信号が送信されて、Ｘ線源１３のウォームアップが開始される。所定時間経過後に照射スイッチ１５が二段階押しされて線源制御装置１４に照射開始信号が送信され、Ｘ線の照射が開始される。
【００５５】
ＦＰＤ３６ではリセット動作を繰り返し行いつつ、照射検出センサ２５でＸ線の照射開始を検出している。照射検出センサ２５によりＸ線の照射開始が検出されると、制御回路４１はＦＰＤ３６を蓄積動作へ移行させる。蓄積動作の間、被検体Ｈを透過したＸ線がＦＰＤ３６の撮像領域３８に入射し、画素３７にはＸ線の入射量に応じた信号電荷が蓄積される。一方ノイズ検出素子６３には信号電荷は蓄積されない。
【００５６】
線源制御装置１４は、撮影条件で設定された照射時間が経過するとＸ線の照射を停止する。また、ＦＰＤ３６も撮影条件で設定された照射時間に相当する所定時間経過後、蓄積動作を終了して読み出し動作へ移行する。読み出し動作では、先頭行から順に一行ずつ画素３７に蓄積された信号電荷が読み出される。そして、積分アンプ４７、増幅器５０、Ｓ／Ｈ部５１を通じてＭＵＸ４８に入力される。一方ノイズ検出素子６３の電荷はＭＵＸ４８を介さずに減算器６４に入力される。
【００５７】
減算器６４では、ＭＵＸ４８から出力される画素３７による電圧信号Ｄｉとノイズ検出素子６３からの電圧信号Ｄｎｚとの減算が実行されて、電圧信号Ｄｉ’が出力される。この電圧信号Ｄｉ’は、電子カセッテ２１の振動等によるノイズ成分をグループ６２単位で除去したものである。
【００５８】
電圧信号Ｄｉ’はＡ／Ｄ変換器４９でデジタル化されてＸ線画像データとしてメモリ５２に格納される。全行の読み出し動作が終了すると、メモリ５２には一画面分のＸ線画像データが記録される。読み出し動作後、ＦＰＤ３６は、次の撮影条件が設定されていない場合は電源投入直後の状態に戻り、設定されていた場合はリセット動作を再開する。
【００５９】
メモリ５２の画像データは撮影制御装置２３を介してコンソール２４に送信される。画像データはコンソール２４でオフセット補正、ゲイン補正、画素補間等の各種画像処理を施された後、コンソール２４のディスプレイに表示されたりデータストレージデバイスに格納される。
【００６０】
以上説明したように、本発明は、信号処理回路４０を構成するＡＳＩＣ６１が担う画素３７のグループ６２毎にノイズ検出素子６３を設け、グループ６２毎にノイズ成分を除去するので、ＡＳＩＣ６１の個体差を吸収することができ、ＡＳＩＣ６１自身が発するノイズ成分の除去も可能となる。
【００６１】
ある列の画素３７をノイズ検出素子６３として用いるので、ＦＰＤ３６の製造プロセスや動作制御手順を従来の手法から大幅に変更する必要がない。
【００６２】
アナログ電圧信号同士を減算してノイズ成分を除去するので、減算処理を短時間で済ませることができる。また、ノイズ検出素子６３の出力電圧信号Ｄｎｚを記録する領域をメモリ５２に確保しなくても済む。
【００６３】
なお、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換後のデジタル化した電圧信号からノイズ成分を除去してもよい。この場合はノイズ検出素子６３の列の信号線４６もＭＵＸ４８に接続して、且つ一台の減算器７１を用意し、減算器７１からメモリ５２にアクセスしてグループ６２毎に画素３７の電圧信号Ｄｉとノイズ検出素子６３の電圧信号Ｄｎｚを読み出して減算を行い、減算結果Ｄｉ’をメモリ５２に返す。上記実施形態の如くグループ６２毎に減算器を設ける必要がないので、部品コストを抑えることができる。
【００６４】
ノイズ検出素子６３を複数列設けた場合は、各列の電圧信号Ｄｎｚの単純平均、あるいは電圧信号Ｄｎｚの最大値と最小値を除いた平均を減算に用いてもよい。一列の電圧信号Ｄｎｚで減算するよりも複数列の電圧信号Ｄｎｚで減算した方がノイズ除去の妥当性が増す。
【００６５】
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。
【００６６】
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。特に回診車に搭載されるタイプや可搬型のシステムは、病院の撮影室に据え置かれるタイプに比べて電子カセッテ２１が衝撃を受けやすいため、本発明を適用すれば格別の効果を得られる。
【００６７】
照射検出センサ２５をＦＰＤ３６の撮像領域３８の近傍に設けた例で説明したが、ＦＰＤ３６と被検体Ｈの間に配置されるフォトタイマを照射検出センサとして利用してもよい。周知のように、フォトタイマは、ＦＰＤ３６の自動露出制御（ＡＥＣ）を行うためにＸ線の照射量を測定する装置であり、ＦＰＤ３６と組み合わせて使用されるものである。フォトタイマを照射検出センサとして流用すれば、部品コストを抑えることができる。
【００６８】
線源制御装置１４と撮影制御装置２３を有線接続し、照射スイッチ１５の照射開始信号を線源制御装置１４から撮影制御装置２３に送信することで、Ｘ線源１３からＸ線が照射されるタイミングとＦＰＤ３６が信号電荷の蓄積動作を開始するタイミングとを同期させてもよい。
【００６９】
上記実施形態の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。
【００７０】
Ｘ線源の中には、陽極が回転しない固定陽極型のものや、予熱が不要な冷陰極型の線源等、ウォームアップが不要なものもある。このため、照射スイッチとしては照射開始信号を発生する機能のみを有するものでもよい。また、ウォームアップが必要なＸ線源の場合でも、照射スイッチから線源制御装置に対して照射開始信号を入力し、線源制御装置が照射開始信号に基づいてウォームアップを開始させ、ウォームアップ終了後、照射を開始させるようにすれば、照射スイッチにウォームアップ開始信号を発生する機能を設ける必要もない。
【００７１】
上記実施形態では、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。また、コンソールで画像処理を行うとしているが、撮影制御装置で行ってもよい。
【００７２】
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。
【００７３】
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】
【００７４】
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
２３ａ ＣＰＵ
２４ コンソール
３６ ＦＰＤ
３７ 画素
４０ 信号処理回路
４１ 制御回路
４７ 積分アンプ
４８ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
４９ Ａ／Ｄ変換器
５０ 増幅器
５１ サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）部
６１ ＡＳＩＣ
６２ グループ
６３ ノイズ検出素子
６４、７１ 減算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を受けて放射線画像を検出する放射線画像検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線撮影システム、例えばＸ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線発生装置と、Ｘ線を受けてＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置とからなる。Ｘ線発生装置は、Ｘ線を被検体に向けて照射するＸ線源、Ｘ線源の駆動を制御する線源制御装置、およびＸ線の照射開始指示を入力するための照射スイッチを有している。Ｘ線撮影装置は、被検体を透過したＸ線を受けてＸ線画像を検出するＸ線画像検出装置、およびＸ線画像検出装置の駆動を制御する撮影制御装置を有している。
【０００３】
Ｘ線画像検出装置には、Ｘ線フイルムやイメージングプレート（ＩＰ）に代わり、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ；flat panel detector）を検出器として用いたものが最近普及している。ＦＰＤには、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素がマトリックス状に配列されている。ＦＰＤは、画素毎に信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を信号処理回路で電圧信号に変換することで、被検体の画像情報を表すＸ線画像を検出し、これをデジタルな画像データとして出力する。
【０００４】
ＦＰＤを直方体形状の筐体に内蔵した可搬型のＸ線画像検出装置（以下、電子カセッテという）も実用化されている。電子カセッテは、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の撮影台に取り付けて使用される他、据え置き型では撮影困難な部位を撮影するために被検体自身に持たせて使用される。また、自宅療養中の高齢者や、事故、災害等による急病人を撮影するため、撮影台の設備がない病院外に持ち出して使用されることもある。
【０００５】
一般に電気部品の出力は、部品自体の内的要因、または周囲環境等の外的要因によるノイズの影響を受ける。多くの電気部品が搭載されたＸ線画像検出装置も例外ではなく、被検体や放射線技師が意図せずぶつかる等して衝撃が与えられると、その衝撃による振動でノイズが発生する。このノイズが画像データの信号に乗るとＸ線画像上で偽像となるため、診断ミスを誘発し兼ねない。
【０００６】
そこで、従来ノイズによるＸ線画像の画質劣化を防ぐ様々な方法が提案されている（特許文献１、２参照）。特許文献１は、ＦＰＤに設けられたＴＦＴの走査線の電位ゆらぎによるノイズを除去するため、Ｘ線に基づく信号電荷を蓄積する機能を有しないダミー画素を設け、有効画素の出力信号からダミー画素の出力信号を差し引いている。特許文献２は、ＦＰＤ全体に印加されるバイアス電圧のゆらぎによるノイズを除去するため、ＦＰＤとバイアス電源の間にフィルタ回路およびバッファ回路を接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０８１４４３号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
画素で蓄積した信号電荷を電圧信号に変換する信号処理回路には、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）といった専用の集積回路が用いられる。ＡＳＩＣは画素の複数列（例えば２５６列）のグループ毎に設けられている。ＡＳＩＣには個体差があり、各ＡＳＩＣが担うグループ単位でノイズの乗り方も変わる。また、ＡＳＩＣ自身がノイズの発生源でもある。
【０００９】
各ＡＳＩＣが担うグループ単位でノイズの乗り方が変わることから、特許文献１のように有効画素の出力信号からダミー画素の出力信号を一律に差し引くだけでは、ノイズ成分の除去が不十分であったり、ノイズ成分でない本来の画像成分まで除去してしまうことになる。特許文献２の方法では、バイアス電圧のゆらぎによるノイズ成分の除去はできるが、ＡＳＩＣ自身の発するノイズ成分の除去はできない。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、放射線画像の信号からノイズ成分を確実に除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射線画像検出装置は、放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の配列画素と、前記画素の複数列のグループ毎に設けられ、前記画素で蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する信号処理回路と、前記信号処理回路と同じくグループ毎に設けられ、前記画素と同様の構成であるが電荷蓄積機能を有さないノイズ検出素子と、同じグループの前記画素と前記ノイズ検出素子の電気信号の差分をとる減算器とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記ノイズ検出素子は、ある列の前記画素の電荷蓄積機能を無効化したものである。
【００１３】
前記減算器はアナログの電気信号同士を減算する。デジタル化された電気信号同士を減算してもよい。
【００１４】
前記信号処理回路は、電荷を一定期間積分する積分アンプ、前記積分アンプから出力された電気信号を増幅する増幅器、電気信号のレベルを保持するサンプルホールド部、および前記サンプルホールド部に保持された電気信号を順次選択してＡ／Ｄ変換器に出力するマルチプレクサを有する。
【００１５】
前記信号処理回路はＡＳＩＣからなることが好ましい。
【００１６】
可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、画素の複数列のグループ毎にノイズ検出素子を設け、同じグループの画素とノイズ検出素子の電気信号の差分をとるので、各グループに適したノイズ成分の除去を行うことができる。従って、放射線画像の信号からノイズ成分を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】ＦＰＤと信号処理回路の具体的構成を示す図である。
【図４】ＦＰＤと信号処理回路の具体的構成の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の駆動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。
【００２０】
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）とからなる。ターゲットは円板形状をしており、回転により円周軌道上で焦点が移動して、熱電子が衝突する焦点の発熱が分散する回転陽極である。照射野限定器１３ｂは、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。
【００２１】
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１６を通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。本例のＸ線発生装置１１は、Ｘ線撮影装置１２との通信機能を持たないものであり、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により手動で設定される。
【００２２】
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１７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１７を通じて線源制御装置１４に入力される。
【００２３】
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。ウォームアップ開始信号を受けた場合、線源制御装置１４は、ヒータを作動させてフィラメントの予熱を行わせる他、ターゲットの回転を開始させて目標の回転速度に到達させる。ウォームアップに必要な時間は、約２００ｍｓｅｃ〜１５００ｍｓｅｃ程度である。放射線技師は、照射スイッチ１５の一段階押しでウォームアップの開始指示を入力した後、ウォームアップに必要な間をおいて二段階押しして照射開始指示を入力する。
【００２４】
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。
【００２５】
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、照射検出センサ２５と、ＦＰＤ３６（図２参照）と、照射検出センサ２５および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Ｈを透過したＸ線を受けてＸ線画像を出力する。電子カセッテ２１は、略矩形状で偏平な形状を有し、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。
【００２６】
撮影台２２は、電子カセッテ２１が着脱自在に取り付け可能なスロットを有し、Ｘ線が入射する入射面を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。
【００２７】
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）のマトリクス状に配列されている。
【００２８】
ＦＰＤ３６は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体）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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
フォトダイオード４２は、電荷を発生する半導体層（例えばＰＩＮ型）とその上下に上部電極および下部電極を配した構造を有している。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が接続されており、バイアス線４４を通じてバイアス電圧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。
【００３１】
ＴＦＴ４３は、ゲート電極が走査線４５に、ソース電極が信号線４６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４５と信号線４６は格子状に配線されており、走査線４５は撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）、信号線４６は画素３７の列数分（ｍ列分）それぞれ設けられている。走査線４５はゲートドライバ３９に接続され、信号線４６は信号処理回路４０に接続される。
【００３２】
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（本読み）動作と、リセット（空読み）動作とを行わせる。制御回路４１は、通信部５３を通じて入力される撮影制御装置２３からの制御信号に基づいて、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。
【００３３】
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４５を一行ずつ順に活性化し、走査線４５に接続されたＴＦＴ４３を一行分ずつオン状態とする。画素３７のキャパシタに蓄積された電荷は、ＴＦＴ４３がオン状態になると信号線４６に読み出されて、信号処理回路４０に入力される。
【００３４】
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荷が発生する。この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。画素３７において発生する暗電荷は、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、信号線４６を通じて掃き出す動作である。
【００３５】
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４５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４６を通じて積分アンプ４７に流れる。リセット動作では、読み出し動作と異なり、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４８による積分アンプ４７に蓄積された電荷の読み出しは行われず、各ゲートパルスＧ１〜Ｇｎの発生と同期して、制御回路４１からリセットパルスＲＳＴが出力され、積分アンプ４７がリセットされる。電荷の読み出しが行われない分、リセット動作に掛かる時間は読み出し動作に掛かる時間よりも短くなる。
【００３６】
信号処理回路４０は、積分アンプ４７、ＭＵＸ４８、およびＡ／Ｄ変換器４９等を備える。積分アンプ４７は、各信号線４６に対して個別に接続される。積分アンプ４７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４６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４７のもう一方の入力端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ４７は、信号線４６から入力される電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。各列の積分アンプ４７の出力端子には、増幅器５０、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）部５１を介してＭＵＸ４８が接続される。ＭＵＸ４８の出力側には、Ａ／Ｄ変換器４９が接続される。
【００３７】
ＭＵＸ４８は、パラレルに接続される複数の積分アンプ４７から順に一つの積分アンプ４７を選択し、選択した積分アンプ４７から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器４９に入力する。Ａ／Ｄ変換器４９は、入力された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをデジタルデータに変換して、電子カセッテ２１の筐体に内蔵されるメモリ５２に出力する。なお、ＭＵＸ４８とＡ／Ｄ変換器４９の間に増幅器を接続してもよい。
【００３８】
ＭＵＸ４８によって積分アンプ４７から一行分の電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが読み出されると、制御回路４１は、積分アンプ４７に対してリセットパルスＲＳＴを出力し、積分アンプ４７のリセットスイッチ４７ａをオンする。これにより、積分アンプ４７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４７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。
【００３９】
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５２に記録される。この画像データは、メモリ５２から読み出され、通信部５３、通信ケーブル２６（図１参照）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。
【００４０】
図３に示すように、信号処理回路４０の積分アンプ４７、増幅器５０、Ｓ／Ｈ部５１、およびＭＵＸ４８は、複数列（例えば２５６列）の画素３７毎に一つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）６１にまとめて設けられている。
【００４１】
一つのＡＳＩＣ６１が担う画素３７のグループ６２には、一列または複数列分（図では一列を例示）のハッチングで示すノイズ検出素子６３が含まれる。例えばノイズ検出素子６３は各グループ６２の端の列に配される。ノイズ検出素子６３は、その出力電圧信号が、Ｘ線の非照射時の画素３７の出力電圧信号と同じ値となるよう設計されており、例えば光電変換機能をもつ半導体層とキャパシタとが電気的に切断されている、あるいは半導体層が遮光されている。このためノイズ検出素子６３にはＸ線に基づく信号電荷は蓄積されず、その出力電圧信号Ｄｎｚは主にノイズ成分を表す。
【００４２】
各グループ６２のＭＵＸ４８とＡ／Ｄ変換器４９の間には減算器６４が設けられている。ノイズ検出素子６３の列の信号線４６はＭＵＸ４８を介さず減算器６４に直接繋がれている。減算器６４は、画素３７の出力電圧信号Ｄｉ（ｉ＝１〜ｍ）からノイズ検出素子６３の出力電圧信号Ｄｎｚを差し引き、減算結果Ｄｉ’（＝Ｄｉ−Ｄｎｚ）をＡ／Ｄ変換器４９に出力する。このためメモリ５２に記録されるデータは電圧信号Ｄｉ’をデジタル化したものである。なお、読み出し動作ではｘ方向に並ぶ同じ行の画素３７の信号電荷が一斉に読み出されるので、一行の読み出し毎に減算器６４で扱われる電圧信号Ｄｉ、Ｄｎｚも同じ行の画素３７とノイズ検出素子６３の出力となる。
【００４３】
蓄積動作や読み出し動作中に、放射線技師や被検体Ｈが撮影台２２に意図せずぶつかる等して、電子カセッテ２１に衝撃が加わり電子カセッテ２１が振動することが有り得る。あるいは、電子カセッテ２１を被検体Ｈが持ったり、被検体Ｈのうえに電子カセッテ２１を載せたりして撮影する場合、被検体Ｈが乗降する毎に揺れる回診車内で撮影する場合、病院外で発電機を電源として撮影を行う場合等、電子カセッテ２１が振動するシチュエーションは多々考えられる。
【００４４】
電子カセッテ２１が振動すると、その振動ノイズによってバイアス電圧Ｖｂがゆらいで誘導電荷が発生する。そして、このノイズ成分が特に信号処理回路４０や信号線４６に乗り、ノイズ成分が電圧信号に加算されてしまうということが起きる。電圧信号にノイズ成分が加算されてしまうと、Ｘ線画像の画質が劣化し診断に支障を来す。
【００４５】
振動によるノイズは突発的なものであるため、暗電荷に起因するノイズ成分を除去するいわゆるオフセット補正では対応することができない。このため本例では、一つのＡＳＩＣ６１に属する画素３７のグループ６２毎にノイズ検出素子６３と減算器６４を設け、減算器６４で画素３７の電圧信号Ｄｉからノイズ検出素子６３の電圧信号Ｄｎｚを差し引いている。従って、ノイズが発生して電圧信号にノイズ成分が重畳されたとしても、画素３７の電圧信号からノイズ成分が確実に除去され、Ｘ線画像の画質を良好に保つことができる。
【００４６】
照射検出センサ２５は、ＦＰＤ３６の撮像領域３８の近傍に配置される。照射検出センサ２５は、Ｘ線の照射を受けてＸ線の入射量に応じた照射検出信号を出力する。照射検出信号は、通信ケーブル２６を通じて撮影制御装置２３に入力される。撮影制御装置２３は、照射検出信号の信号レベルを監視して、Ｘ線源１３によるＸ線の照射が開始されたことを検出する。
【００４７】
制御回路４１は、照射検出センサ２５の照射検出信号の信号レベルが閾値以上となったとき、Ｘ線の照射が開始されたことを検出する。そして、ＦＰＤ３６の動作をリセット動作から蓄積動作へ移行させる。制御回路４１は、蓄積動作を開始してからの経過時間をタイマにより計時する。そして、経過時間が撮影条件で設定された時間に達したら、ＦＰＤ３６を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。
【００４８】
撮影制御装置２３は、通信ケーブル２６による有線方式、あるいは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（増幅器５０のゲイン等）を設定させるとともに、ＦＰＤ３６の前記各動作を間接的に制御し、また、電子カセッテ２１からの画像データをコンソール２４に送信する。
【００４９】
図１において、撮影制御装置２３は、装置を統括的に制御するＣＰＵ２３ａと、電子カセッテ２１と有線方式または無線方式により通信するとともに、コンソール２４と通信ケーブル２７を介して通信する通信部２３ｂと、メモリ２３ｃとを有する。通信部２３ｂ、メモリ２３ｃはＣＰＵ２３ａに接続されている。メモリ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａが実行する制御プログラムが格納される他、照射検出センサ２５の照射検出信号の信号レベルと比較される閾値等の各種情報が格納される。
【００５０】
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オフセット補正やゲイン補正等の各種画像処理を施す。画像処理にはノイズ検出素子３７ａの電圧信号Ｄｎｚを周囲の画素３７の電圧信号Ｄｉで補間する処理も含まれる。画像処理済みの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。
【００５１】
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、放射線技師により手動入力される。放射線技師は、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。
【００５２】
以下、上記構成による作用について説明する。Ｘ線撮影システム１０で撮影を行う場合には、まず、撮影台２２にセットされた電子カセッテ２１の高さを調節して、被検体Ｈの撮影部位と位置を合わせる。また、電子カセッテ２１の高さおよび撮影部位の大きさに応じて、Ｘ線源１３の高さや照射野の大きさを調整する。
【００５３】
次いで、電子カセッテ２１の電源を投入する。このとき、電源回路からバイアス電圧ＶｂがＦＰＤ３６の画素３７に供給されるが、ゲートドライバ３９および信号処理回路４０は動作を停止している。続いてコンソール２４から撮影条件を入力し、撮影制御装置２３を介して電子カセッテ２１に撮影条件を設定する。また、線源制御装置１４にも撮影条件を設定する。撮影条件の設定後、ＦＰＤ３６はリセット動作を開始する。
【００５４】
以上の撮影準備が完了すると、放射線技師によって照射スイッチ１５が一段階押しされる。これにより線源制御装置１４にウォームアップ開始信号が送信されて、Ｘ線源１３のウォームアップが開始される。所定時間経過後に照射スイッチ１５が二段階押しされて線源制御装置１４に照射開始信号が送信され、Ｘ線の照射が開始される。
【００５５】
ＦＰＤ３６ではリセット動作を繰り返し行いつつ、照射検出センサ２５でＸ線の照射開始を検出している。照射検出センサ２５によりＸ線の照射開始が検出されると、制御回路４１はＦＰＤ３６を蓄積動作へ移行させる。蓄積動作の間、被検体Ｈを透過したＸ線がＦＰＤ３６の撮像領域３８に入射し、画素３７にはＸ線の入射量に応じた信号電荷が蓄積される。一方ノイズ検出素子６３には信号電荷は蓄積されない。
【００５６】
線源制御装置１４は、撮影条件で設定された照射時間が経過するとＸ線の照射を停止する。また、ＦＰＤ３６も撮影条件で設定された照射時間に相当する所定時間経過後、蓄積動作を終了して読み出し動作へ移行する。読み出し動作では、先頭行から順に一行ずつ画素３７に蓄積された信号電荷が読み出される。そして、積分アンプ４７、増幅器５０、Ｓ／Ｈ部５１を通じてＭＵＸ４８に入力される。一方ノイズ検出素子６３の電荷はＭＵＸ４８を介さずに減算器６４に入力される。
【００５７】
減算器６４では、ＭＵＸ４８から出力される画素３７による電圧信号Ｄｉとノイズ検出素子６３からの電圧信号Ｄｎｚとの減算が実行されて、電圧信号Ｄｉ’が出力される。この電圧信号Ｄｉ’は、電子カセッテ２１の振動等によるノイズ成分をグループ６２単位で除去したものである。
【００５８】
電圧信号Ｄｉ’はＡ／Ｄ変換器４９でデジタル化されてＸ線画像データとしてメモリ５２に格納される。全行の読み出し動作が終了すると、メモリ５２には一画面分のＸ線画像データが記録される。読み出し動作後、ＦＰＤ３６は、次の撮影条件が設定されていない場合は電源投入直後の状態に戻り、設定されていた場合はリセット動作を再開する。
【００５９】
メモリ５２の画像データは撮影制御装置２３を介してコンソール２４に送信される。画像データはコンソール２４でオフセット補正、ゲイン補正、画素補間等の各種画像処理を施された後、コンソール２４のディスプレイに表示されたりデータストレージデバイスに格納される。
【００６０】
以上説明したように、本発明は、信号処理回路４０を構成するＡＳＩＣ６１が担う画素３７のグループ６２毎にノイズ検出素子６３を設け、グループ６２毎にノイズ成分を除去するので、ＡＳＩＣ６１の個体差を吸収することができ、ＡＳＩＣ６１自身が発するノイズ成分の除去も可能となる。
【００６１】
ある列の画素３７をノイズ検出素子６３として用いるので、ＦＰＤ３６の製造プロセスや動作制御手順を従来の手法から大幅に変更する必要がない。
【００６２】
アナログ電圧信号同士を減算してノイズ成分を除去するので、減算処理を短時間で済ませることができる。また、ノイズ検出素子６３の出力電圧信号Ｄｎｚを記録する領域をメモリ５２に確保しなくても済む。
【００６３】
なお、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換後のデジタル化した電圧信号からノイズ成分を除去してもよい。この場合はノイズ検出素子６３の列の信号線４６もＭＵＸ４８に接続して、且つ一台の減算器７１を用意し、減算器７１からメモリ５２にアクセスしてグループ６２毎に画素３７の電圧信号Ｄｉとノイズ検出素子６３の電圧信号Ｄｎｚを読み出して減算を行い、減算結果Ｄｉ’をメモリ５２に返す。上記実施形態の如くグループ６２毎に減算器を設ける必要がないので、部品コストを抑えることができる。
【００６４】
ノイズ検出素子６３を複数列設けた場合は、各列の電圧信号Ｄｎｚの単純平均、あるいは電圧信号Ｄｎｚの最大値と最小値を除いた平均を減算に用いてもよい。一列の電圧信号Ｄｎｚで減算するよりも複数列の電圧信号Ｄｎｚで減算した方がノイズ除去の妥当性が増す。
【００６５】
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。
【００６６】
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。特に回診車に搭載されるタイプや可搬型のシステムは、病院の撮影室に据え置かれるタイプに比べて電子カセッテ２１が衝撃を受けやすいため、本発明を適用すれば格別の効果を得られる。
【００６７】
照射検出センサ２５をＦＰＤ３６の撮像領域３８の近傍に設けた例で説明したが、ＦＰＤ３６と被検体Ｈの間に配置されるフォトタイマを照射検出センサとして利用してもよい。周知のように、フォトタイマは、ＦＰＤ３６の自動露出制御（ＡＥＣ）を行うためにＸ線の照射量を測定する装置であり、ＦＰＤ３６と組み合わせて使用されるものである。フォトタイマを照射検出センサとして流用すれば、部品コストを抑えることができる。
【００６８】
線源制御装置１４と撮影制御装置２３を有線接続し、照射スイッチ１５の照射開始信号を線源制御装置１４から撮影制御装置２３に送信することで、Ｘ線源１３からＸ線が照射されるタイミングとＦＰＤ３６が信号電荷の蓄積動作を開始するタイミングとを同期させてもよい。
【００６９】
上記実施形態の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。
【００７０】
Ｘ線源の中には、陽極が回転しない固定陽極型のものや、予熱が不要な冷陰極型の線源等、ウォームアップが不要なものもある。このため、照射スイッチとしては照射開始信号を発生する機能のみを有するものでもよい。また、ウォームアップが必要なＸ線源の場合でも、照射スイッチから線源制御装置に対して照射開始信号を入力し、線源制御装置が照射開始信号に基づいてウォームアップを開始させ、ウォームアップ終了後、照射を開始させるようにすれば、照射スイッチにウォームアップ開始信号を発生する機能を設ける必要もない。
【００７１】
上記実施形態では、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。また、コンソールで画像処理を行うとしているが、撮影制御装置で行ってもよい。
【００７２】
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。
【００７３】
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】
【００７４】
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
２３ａ ＣＰＵ
２４ コンソール
３６ ＦＰＤ
３７ 画素
４０ 信号処理回路
４１ 制御回路
４７ 積分アンプ
４８ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
４９ Ａ／Ｄ変換器
５０ 増幅器
５１ サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）部
６１ ＡＳＩＣ
６２ グループ
６３ ノイズ検出素子
６４、７１ 減算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の配列画素と、
前記画素の複数列のグループ毎に設けられ、前記画素で蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する信号処理回路と、
前記信号処理回路と同じくグループ毎に設けられ、前記画素と同様の構成であるが電荷蓄積機能を有さないノイズ検出素子と、
同じグループの前記画素と前記ノイズ検出素子の電気信号の差分をとる減算器とを備えることを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記ノイズ検出素子は、ある列の前記画素の電荷蓄積機能を無効化したものであることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
前記減算器はアナログの電気信号同士を減算することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像検出装置。
【請求項４】
前記減算器はデジタル化された電気信号同士を減算することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像検出装置。
【請求項５】
前記信号処理回路は、電荷を一定期間積分する積分アンプ、前記積分アンプから出力された電気信号を増幅する増幅器、電気信号のレベルを保持するサンプルホールド部、および前記サンプルホールド部に保持された電気信号を順次選択してＡ／Ｄ変換器に出力するマルチプレクサを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項６】
前記信号処理回路はＡＳＩＣからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項７】
可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項１】
放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の配列画素と、
前記画素の複数列のグループ毎に設けられ、前記画素で蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する信号処理回路と、
前記信号処理回路と同じくグループ毎に設けられ、前記画素と同様の構成であるが電荷蓄積機能を有さないノイズ検出素子と、
同じグループの前記画素と前記ノイズ検出素子の電気信号の差分をとる減算器とを備えることを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記ノイズ検出素子は、ある列の前記画素の電荷蓄積機能を無効化したものであることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
前記減算器はアナログの電気信号同士を減算することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像検出装置。
【請求項４】
前記減算器はデジタル化された電気信号同士を減算することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像検出装置。
【請求項５】
前記信号処理回路は、電荷を一定期間積分する積分アンプ、前記積分アンプから出力された電気信号を増幅する増幅器、電気信号のレベルを保持するサンプルホールド部、および前記サンプルホールド部に保持された電気信号を順次選択してＡ／Ｄ変換器に出力するマルチプレクサを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項６】
前記信号処理回路はＡＳＩＣからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
【請求項７】
可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１９９５６（Ｐ２０１２−１１９９５６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８１４３（Ｐ２０１０−２６８１４３）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【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６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【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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