JP2012245141A - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続してＸ線を照射して所定のサンプリング間隔でＸ線の検出信号を取り出す場合に、時間遅れ分の影響を防止して適切なＸ線画像を得ることが可能なＸ線撮影装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線画像の撮影時には、各スイッチング素子を第１のサンプリング時間間隔でオン、オフすることにより、各蓄積容量に蓄積された電荷信号を第１のサンプリング間隔で取り出すとともに、Ｘ線画像の撮影後に、各スイッチング素子を第１のサンプリング時間間隔よりも短い第２の時間間隔でオン、オフすることにより、蓄積容量に蓄積された電荷信号の時間遅れ分を第２のサンプリング時間間隔で取り出す。
【選択図】 図５

Description

この発明は、被検者に向けてＸ線を照射するＸ線管と、被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器とを備え、Ｘ線撮影を実行するＸ線撮影装置に関する。

このようなＸ線撮影装置に使用されるＸ線検出器としては、フラットパネルディテクタ等の二次元アレイＸ線検出器が使用される。ここで、フラットパネルディテクタは、Ｘ線に感応し入射Ｘ線量に対応した電荷信号を出力する変換膜と、この変換膜の表面に画素に対応して二次元アレイ状に配置された複数の画素電極と、これらの各画素電極に各々接続された電荷信号を蓄積する複数の蓄積容量と、この画素電極に接続されたスイッチング素子と、ゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次オンとするゲートドライバと、各蓄積容量に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して取り出すマルチプレクサとを備えている。

Ｘ線の連続撮影やＸ線透視を実行する場合には、Ｘ線管による被検体へのＸ線照射にともなってフラットパネルディテクタから所定のサンプリング時間間隔で取り出されるＸ線画像１枚分のＸ線の検出信号に基づいて、被検体のＸ線像に相応するＸ線画像が取得される。このフラットパネルディテクタは、従来から用いられているイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）等と比較して、軽量であるうえに、複雑な検出歪みが発生しないので、装置構造の面や検出信号処理の面で有利であるという特徴を有する。

しかしながら、フラットパネルディテクタを用いた場合、例えば、パニングする（すなわち、撮影位置を移動させる）場合などにおいては、Ｘ線管から照射されたＸ線の一部が被検体を透過せず直接フラットパネルディテクタに入射する場合がある。このような場合には、フラットパネルディテクタにおいてはこのＸ線を信号強度が大きいＸ線として検出することから、フラットパネルディテクタからは信号強度が大きいＸ線検出信号として出力される。そして、このような場合には、フラットパネルディテクタにおける蓄積容量に蓄積された電荷信号を取り出しきれない現象が生じ、この取り出しきれない電荷信号によるＸ線の検出信号が時間遅れ分となり、次のＸ線画像に対して前のＸ線画像の残像として出現するという問題が生ずる。

ここで、Ｘ線検出信号の強度が大きいほど、フラットパネルディテクタから出力されるＸ線検出信号の時間遅れ分が大きくなり、その影響が無くなるまでに長い時間を要するという問題がある。従って、連続撮影時や透視時において、フラットパネルディテクタからＸ線検出信号を取り出すサンプリング時間間隔が短い場合、取り出し切れない信号の残りが時間遅れ分として次のＸ線検出信号に加わることになる。このため、スロット撮影や長尺撮影のように、短い撮影間隔でＸ線の照射と撮影を繰り返す場合においては、時間遅れ分が前のＸ線画像の残像として出現し、画像のダブリ現象を生じる結果、動画像がボヤける等の不都合を生じる。

従来、フラットパネルディテクタから出力された全てのＸ線検出信号に対して一律に時間遅れ分を除去する再帰的演算処理を行い、この再帰的演算処理が行われたＸ線検出信号に基づくＸ線画像を取得し、時間遅れ分が残像として出現することを阻止するようにした放射線撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の放射線撮像装置においては、一部のＸ線検出信号に含まれる大きい時間遅れ分を除去するために、全てのＸ線検出信号に対して一律に時間遅れ分を除去するための再帰的演算処理を行うことに伴って、過剰な除去が行われる場合があり、また、これとは逆に、除去不足が生ずる場合がある。

このため、時間遅れ分を一律に除去するかわりに、パラメータにより時間遅れ分の除去度合いを調整して再帰的演算処理を行うことにより、Ｘ線検出信号に含まれる大きい時間遅れ分を除去しつつ、Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分が小さいＸ線検出信号については、ノイズの増大を抑制することができる放射線撮像装置も提案されている（特許文献２参照)。

特開第２００４−２４２７４１号公報 特開第２００７−１３０２３２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の放射線撮像装置においても、過剰な除去が行われたり除去不足が生ずる場合がある。このような場合には、適正な画像を得ることができないという問題を生ずる。また、上述した特許文献１や特許文献２に記載の放射線撮像装置の構成を採用した場合においては、スロット撮影や長尺撮影を行う場合には、画像を合成するにあたり、画像のつなぎ合わせ領域で時間遅れ分の除去の程度が一定とならないことから、画像の段差が生じてしまうという問題が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、連続してＸ線撮影を実行する場合に、時間遅れ分の影響を防止して適切なＸ線画像を得ることが可能なＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被検者に向けてＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備え、前記被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器によるＸ線の検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出すサンプリング手段と、前記サンプリング手段で取り出したＸ線の検出信号に基づいてＸ線画像を表示する画像処理部と、を備えたＸ線撮影装置において、前記サンプリング手段は、Ｘ線画像の撮影時には、前記Ｘ線検出器によるＸ線の検出信号を第１のサンプリング時間間隔で取り出すとともに、Ｘ線画像の撮影後に、前記第１のサンプリング時間間隔よりも短い第２のサンプリング時間間隔で前記Ｘ線検出器によるＸ線の検出信号の時間遅れ分を取り出すことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、被検者に向けてＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線に感応し入射Ｘ線量に対応した電荷信号を出力する変換膜と、前記変換膜の表面に画素に対応して二次元アレイ状に配置された複数の画素電極と、前記各画素電極に各々接続された電荷信号を蓄積する複数の蓄積容量と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子と、ゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次オンとするゲートドライバと、前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して取り出すマルチプレクサとを備えたＸ線検出器と、前記ゲートドライバを制御することにより、前記ゲートバスラインを介して前記各スイッチング素子を所定のサンプリング時間間隔でオン、オフして、前記マルチプレクサにより前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号をＸ線の検出信号として前記データバスラインを介して取り出すサンプリング手段と、前記サンプリング手段で取り出したＸ線の検出信号に基づいてＸ線画像を表示する画像処理部と、を備えたＸ線撮影装置において、前記サンプリング手段は、Ｘ線画像の撮影時には、前記各スイッチング素子を第１のサンプリング時間間隔でオン、オフすることにより、前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号を第１のサンプリング間隔で取り出すとともに、Ｘ線画像の撮影後に、前記各スイッチング素子を第１のサンプリング時間間隔よりも短い第２の時間間隔でオン、オフすることにより、前記蓄積容量に蓄積された電荷信号の時間遅れ分を第２のサンプリング時間間隔で取り出すことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、スロット撮影または長尺撮影を行う。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、Ｘ線画像の撮影時に第１のサンプリング間隔でＸ線の検出信号を取り出す場合において、Ｘ線画像の撮影後に第１のサンプリング時間間隔よりも短い第２のサンプリング時間間隔でＸ線検出器によるＸ線の検出信号の時間遅れ分を取り出すことにより、時間遅れ分の影響を防止して適切なＸ線画像を得ることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、スロット撮影または長尺撮影を行う場合に、画像のつなぎ合わせ領域で画像の段差が生じることを有効に防止することが可能となる。

この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。 フラットパネルディテクタ４を側面視した等価回路である。 フラットパネルディテクタ４を平面視した等価回路である。 Ｘ線撮影装置によりスロット撮影または長尺撮影を行う場合の、フラットパネルディテクタ４によるＸ線画像の取得状態を模式的に示す説明図である。 フラットパネルディテクタ４においてＸ線の検出信号を取り出す様子を示す説明図である。 フラットパネルディテクタ４における特定の画素の画素値の経時的な変化を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。

このＸ線撮影装置は、スロット撮影または長尺撮影を実行するためのものであり、被検者１を載置するテーブル２と、Ｘ線管３と、Ｘ線検出器としてのフラットパネルディテクタ４と、制御部６と、キーボード等の入力部６５と、ＣＲＴ等の表示部６６と、Ｘ線管３に付与する管電圧等を制御する高電圧発生部７とを備える。制御部６は、サンプリング部６１、画像処理部６２および記憶部６３とから構成される。ここで、サンプリング部６１は、フラットパネルディテクタ４におけるＸ線の検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出すためのものである。また、画像処理部６２は、サンプリング部６１により取り出したＸ線の検出信号に基づいてＸ線画像を表示するためのものである。さらに、記憶部６３は、Ｘ線画像等を記憶するためのものである。

このＸ線撮影装置は、Ｘ線管３からテーブル２上の被検者１に向けてＸ線を照射し、被検者１を通過したＸ線をフラットパネルディテクタ４により検出する動作を複数回繰り返すとともに、検出信号を画像処理して得たＸ線による映像信号を利用して表示部６６にＸ線画像を表示する構成を有する。

次に、フラットパネルディテクタ４の構成について説明する。図２は、フラットパネルディテクタ４を側面視した等価回路である。また、図３は、フラットパネルディテクタ４を平面視した等価回路である。

これらの図に示すように、このフラットパネルディテクタ４は、ガラス基板４１と、このガラス基板４１上に形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４２と、このＴＦＴ４２上に蒸着されたａ−Ｓｅ等の変換膜４３と、この変換膜４３上に配置された共通電極４４とを備える。

ＴＦＴ４２には、縦横のマトリックス状、すなわち、二次元アレイ状の配置で、電荷収集電極である画素電極４５が配設されている。この画素電極４５は、例えば、行列方向に１０２４個×１０２４個配置されている。図２および図３においては、行列方向に３個×３個配置した場合を模式的に示している。各画素電極４５には、スイッチング素子４６と、静電容量（キャパシタ）４７とが接続されている。

各画素電極４５は、各スイッチング素子４６のソースＳに接続されている。図３に示すゲートドライバ５１には、複数本のゲートバスライン５２が接続されており、これらのゲートバスライン５２はスイッチング素子４６のゲートＧに接続されている。このゲートドライバ５１は、図１に示す制御部６のサンプリング部６１により制御される。一方、図３に示すように、電荷信号を収集して１つに出力するマルチプレクサ５３には、増幅器５４を介して複数本のデータバスライン５５が接続されており、これらのデータバスライン５５は、各スイッチング素子４６のドレインＤに接続されている。

このフラットパネルディテクタ４においては、被検者１を通過したＸ線像が変換膜４３上に投影されると、像の濃淡に比例した電荷信号（キャリア）が変換膜４３内に発生する。この電荷信号は、二次元アレイ状に配置された画素電極４５により収集され、静電容量４７に蓄積される。そして、共通電極４４にバイアス電圧を印加した状態で、ゲートドライバ５１によりゲートバスライン５２に電圧を印加することにより、各スイッチング素子４６のゲートＧがオン状態となる。これにより、静電容量４７に蓄積された電荷信号は、スイッチング素子４６におけるソースＳとドレインＤとを介して、データバスライン５５に読み出される。各データバスライン５５に読み出された電荷信号は、増幅器５４で増幅され、マルチプレクサ５３で１つの電荷信号にまとめられて出力される。この電荷信号は、Ｘ線検出信号として図１に示す制御部６に出力される。

フラットパネルディテクタ４においては、Ｘ線撮影時には、Ｘ線画像が一定のサンプリング時間間隔ｔ１で取得される。このときには、フラットパネルディテクタ４におけるゲートドライバ５１により、ゲートバスライン５２に時間間隔ｔ１で電圧を印加することにより、各スイッチング素子４６のゲートＧが時間間隔ｔ１毎にオン状態となる。これにより、静電容量４７に蓄積された電荷信号は、時間間隔ｔ１毎にスイッチング素子４６におけるソースＳとドレインＤとを介して、データバスライン５５に読み出される。

次に、この発明に係るＸ線撮影装置により、スロット撮影または長尺撮影を行う場合の撮影動作について説明する。図４は、上述したＸ線撮影装置によりスロット撮影または長尺撮影を行う場合の、フラットパネルディテクタ４によるＸ線画像の取得状態を模式的に示す説明図である。ここで、スロット撮影とは、スロット状の画像をつなぎ合わせることにより単一の画像を得る撮影のことであり、長尺撮影とは、複数の画像をつなぎ合わせて長尺の撮影画像を得る撮影のことである。

スロット撮影または長尺撮影時においては、複数の画像が一定の時間間隔で撮影される。図４に示す実施形態においては時間間隔ｔで、複数のＸ線画像Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）・・・Ｐ（ｎ）が取得される場合を示している。そして、制御部６における画像処理部６２において、これらの画像Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）がつなぎ合わされて一枚の画像が形成される。なお、画像を撮影する時間間隔は、必ずしも一定でなくてもよい。

図５は、フラットパネルディテクタ４においてＸ線の検出信号を取り出す様子を示す説明図である。なお、この図においては、説明の便宜上、時間間隔ｔ２を実際より大きく表示している。

上述したように、画像の撮影の時間間隔はｔとなっている。そして、Ｘ線撮影時には、Ｘ線管３が点灯してＸ線が被検者１に向けて照射されるとともに、被検者１を通過したＸ線がフラットパネルディテクタ４に取り込まれる。

このときには、被検者１を通過したＸ線像が変換膜４３上に投影されて、電荷信号が変換膜４３内に発生する。この電荷信号は、二次元アレイ状に配置された画素電極４５により収集され、静電容量４７に蓄積される。そして、各スイッチング素子４６のゲートＧがオン状態となることにより、静電容量４７に蓄積された電荷信号は、データバスライン５５に読み出され、増幅器５４で増幅された後、マルチプレクサ５３で１つの電荷信号にまとめられてＸ線検出信号として取り出される。このときのサンプリング時間間隔は、上述したようにｔ１となっている。

Ｘ線検出信号が取り出されれば、各スイッチング素子４６のゲートＧがオフ状態となる。この状態においても、変換膜４３内においてはわずかな電荷信号が継続して発生しており、静電容量４７に電荷信号が継続して蓄積される。このため、この発明に係るＸ線撮影装置においては、Ｘ線画像の撮影後、すなわち、Ｘ線撮影が終了し次のＸ線撮影が行われるまでの間の時間に、Ｘ線撮影時のサンプリング時間間隔ｔ１よりも短いサンプリング時間間隔ｔ２で、フラットパネルディテクタ４によるＸ線の検出信号の時間遅れ分を取り出すようにしている。

すなわち、図５に示すように、各スイッチング素子４６のゲートＧがオン状態となって静電容量４７に蓄積された電荷信号が取り出された後に、各スイッチング素子４６のゲートＧがオフ状態となることにより、変換膜４３内において継続して発生する電荷信号が静電容量４７に蓄積される。そして、一定時間後に、再度、各スイッチング素子４６のゲートＧがオン状態となって静電容量４７に蓄積された電荷信号が再び取り出される。そして、この各スイッチング素子４６のゲートＧのオンオフ動作は、複数回繰り返される。この各スイッチング素子４６のゲートＧのオンオフ動作の間隔は、Ｘ線撮影時のサンプリング時間間隔である第１のサンプリング時間間隔ｔ１よりも短い、第２のサンプリング時間間隔ｔ２となっている。

このように、Ｘ線撮影後に各スイッチング素子４６のゲートＧのオンオフ動作を複数回繰り返すことにより、変換膜４３内において継続して発生して静電容量４７に蓄積された電荷信号を効率的に取り出すことができる。これにより、フラットパネルディテクタ４の時間遅れ分が速やかに取り出され、時間遅れ分の影響を防止して適切なＸ線画像を得ることが可能となる。このとき、従来のように再帰的演算処理により時間遅れ分を除去する構成ではないことから、スロット撮影または長尺撮影を行う場合に、画像のつなぎ合わせ領域で画像の段差が生じることを有効に防止することが可能となる。

なお、上述したＸ線撮影後の各スイッチング素子４６のゲートＧのオンオフ動作の間隔である第２のサンプリング時間間隔ｔ２は、小さいことが好ましい。これは、静電容量４７に電荷信号が蓄積されていない状態の方が、変換膜４３内で発生した電荷信号をより迅速に静電容量４７に取り込むことができるためである。

図６は、フラットパネルディテクタ４における特定の画素の画素値の経時的な変化を示すグラフである。このグラフにおいては、縦軸は画素値（対数値）を示しており、横軸は経過時間を示している。また、この図において、黒丸は５０ｋＶの管電圧でＸ線照射を行った後１ｆｐｓの時間間隔でＸ線の検出信号を取り出した場合を示し、白丸は５０ｋＶの管電圧でＸ線照射を行った後５ｆｐｓの時間間隔でＸ線の検出信号を取り出した場合を示している。また、この図において、黒三角は１２０ｋＶの管電圧でＸ線照射を行った後１ｆｐｓの時間間隔でＸ線の検出信号を取り出した場合を示し、白三角は１２０ｋＶの管電圧でＸ線照射を行った後５ｆｐｓの時間間隔でＸ線の検出信号を取り出した場合を示している。

このグラフからも明らかなように、短い時間間隔でＸ線の検出信号を取り出した方が、Ｘ線検出信号の時間遅れ分を迅速に取り出すことが可能となる。すなわち、Ｘ線撮影後における各スイッチング素子４６のゲートＧのオンオフ動作の間隔ｔ２は、Ｘ線撮影時のサンプリング時間間隔である第１のサンプリング時間間隔ｔ１よりも十分短いことが好ましい。このＸ線検出信号の時間遅れ分の取出間隔（第２のサンプリング間隔）ｔ２は、Ｘ線撮影時の管電圧等を考慮し、時間遅れ分を取り出せるような間隔として予め設定すればよい。

１ 被検者
２ テーブル
３ Ｘ線管
４ フラットパネルディテクタ
６ 制御部
７ 高電圧発生部
４１ ガラス基板
４２ ＴＦＴ
４３ 変換膜
４４ 共通電極
４５ 画素電極
４６ スイッチング素子
４７ 静電容量
５１ ゲートドライバ
５２ ゲートバスライン
５３ マルチプレクサ
５４ 増幅器
５５ データバスライン
６１ サンプリング部
６２ 画像処理部
６３ 記憶部

Claims (3)

1. 被検者に向けてＸ線を照射するＸ線管と、
   Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備え、前記被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器によるＸ線の検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出すサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段で取り出したＸ線の検出信号に基づいてＸ線画像を表示する画像処理部と、
   を備えたＸ線撮影装置において、
   前記サンプリング手段は、Ｘ線画像の撮影時には、前記Ｘ線検出器によるＸ線の検出信号を第１のサンプリング時間間隔で取り出すとともに、Ｘ線画像の撮影後に、前記第１のサンプリング時間間隔よりも短い第２のサンプリング時間間隔で前記Ｘ線検出器によるＸ線の検出信号の時間遅れ分を取り出すことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 被検者に向けてＸ線を照射するＸ線管と、
   Ｘ線に感応し入射Ｘ線量に対応した電荷信号を出力する変換膜と、前記変換膜の表面に画素に対応して二次元アレイ状に配置された複数の画素電極と、前記各画素電極に各々接続された電荷信号を蓄積する複数の蓄積容量と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子と、ゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次オンとするゲートドライバと、前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して取り出すマルチプレクサとを備えたＸ線検出器と、
   前記ゲートドライバを制御することにより、前記ゲートバスラインを介して前記各スイッチング素子を所定のサンプリング時間間隔でオン、オフして、前記マルチプレクサにより前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号をＸ線の検出信号として前記データバスラインを介して取り出すサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段で取り出したＸ線の検出信号に基づいてＸ線画像を表示する画像処理部と、
   を備えたＸ線撮影装置において、
   前記サンプリング手段は、Ｘ線画像の撮影時には、前記各スイッチング素子を第１のサンプリング時間間隔でオン、オフすることにより、前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号を第１のサンプリング間隔で取り出すとともに、Ｘ線画像の撮影後に、前記各スイッチング素子を第１のサンプリング時間間隔よりも短い第２の時間間隔でオン、オフすることにより、前記蓄積容量に蓄積された電荷信号の時間遅れ分を第２のサンプリング時間間隔で取り出すことを特徴とするＸ線撮影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のＸ線撮影装置において、
   スロット撮影または長尺撮影を行うＸ線撮影装置。
   

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