JP2014048204A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で放射線検知が可能な放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することを課題とする。
【解決手段】放射線撮像装置は、放射線を電気信号に変換する変換素子が行列状に配置された検出部（１０１）と、放射線の照射状態を検知する放射線検知手段（１２０）と、前記放射線検知手段により検知された照射状態に応じて、前記検出部を駆動する駆動回路（１０２）と、撮影種類を設定する撮影種類設定手段（１２６）とを有し、前記放射線検知手段は、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、放射線の検知能力を変更することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた撮像装置が実用化され始めている。ＦＰＤには、放射線を電荷に変換可能なａ−Ｓｉなどの半導体材料を用いた変換素子と、電荷に応じた電気信号を転送するスイッチ素子と、を有する画素が２次元に複数配置されている。このようなＦＰＤを有する撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。

放射線撮像装置は、撮影をする際、Ｘ線発生装置と同期を取りながら撮影を行う。同期方法としては、Ｘ線発生装置と放射線撮像装置を電気的に接続する手段とＸ線発生装置から照射されたＸ線を検知して同期を取る手段がある。前者の場合、サービスマンがＸ線発生装置と放射線撮像装置をケーブルで接続するため、接続作業の工数が掛り、さらにＸ線発生装置と放射線撮像装置をセットで固定して使用しなければならない。後者の場合、Ｘ線の検出器を放射線撮像装置内外に設ける、もしくは放射線撮像装置自体で検知を行う方法が知られており、この場合、接続作業の工数が不要で放射線撮像装置を持ち運び、様々なＸ線発生装置と組み合わせて使用できるメリットがある。

通常、ＦＰＤは、光電変換素子とスイッチ素子で構成された画素が二次元に配列され、光電変換素子からの信号の読み出しや光電変換素子をリセットする場合は行単位で行われる。Ｘ線が照射される前は、スイッチ素子を行単位でオン／オフし、光電変換素子に流れる暗電流成分をリセットする（「空読み動作」）。空読み動作中にＸ線照射信号を入力するもしくはＸ線を検知した場合、直ちにリセット動作を終了し、蓄積動作に移行しなければならない。Ｘ線照射信号を入力したにも関わらず蓄積動作に移行しないと、ユーザーが押した曝射ボタンと実際の撮影画像にタイムラグが発生し、段差を生じるなど意図しない画像になってしまう。またＸ線を検知したにも関わらず、空読み動作を継続すると、光電変換素子で発生したＸ線信号をリセットしてしまうため、被験者に対し無駄にＸ線を照射し、被ばく量が増加する場合がある。

特許文献１では、放射線検出手段を有し、放射線照射開始と判断した場合ただちに動作状態を撮影準備状態から蓄積状態へ移行する技術が開示されている。また、特許文献２では、放射線検出素子にバイアス電圧を供給するバイアス線を流れる電流を検出し、検出された電流の値に基づいて放射線の照射開始を検出し、放射線検出素子内で発生した電荷を保持させる放射線画像撮影装置が開示されている。

特開平１１−１５１２３３号公報 特開２０１０−２６８１７１号公報

しかし、特許文献１及び２では、放射線検出手段が様々な撮影種類（被写体の部位や体格、動画・静止画撮影モードなど）に対応できない場合がある。Ｘ線による画像診断においては、撮影種類によってＸ線の照射条件が異なる。そのため、様々な照射条件に対して精度よく検知可能な放射線検知手段が要求される。

本発明の目的は、高精度で放射線検知が可能な放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することである。

本発明の放射線撮像装置は、放射線を電気信号に変換する変換素子が行列状に配置された検出部と、放射線の照射状態を検知する放射線検知手段と、前記放射線検知手段により検知された照射状態に応じて、前記検出部を駆動する駆動回路と、撮影種類を設定する撮影種類設定手段とを有し、前記放射線検知手段は、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、放射線の検知能力を変更することを特徴とする。

様々な撮影種類に対して精度よく放射線検知が可能である。撮影種類は、例えば被写体の部位や体格、動画・静止画撮影モードなどである。

第１の実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置の構成例を示す図である。 放射線検知手段の等価回路図である。 ゲイン設定手段におけるゲイン設定を説明するための図である。 撮影種類によるゲイン設定テーブルの例を示す図である。 放射線撮像装置のタイミング図である。 他の放射線撮像装置の構成例を示す図である。 放射線検知用画素を用いた場合の放射線検知手段の等価回路図である。 第２の実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示す図である。 検知能力設定を説明するための図である。 検知能力設定テーブルの例を示す図である。 第３の実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示す図である。 放射線検知手段の等価回路図である。 ゲイン設定を説明するための図である。 放射線検知手段の等価回路図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示すブロック図である。放射線撮像システムは、放射線発生装置及び放射線撮像装置を有する。撮像装置１００は、放射線を電気信号に変換する画素を複数備えた検出部１０１と、検出部１０１の駆動を行う駆動回路１０２と、検出部１０１からの電気信号を画像データとして出力する読出回路１０３と、を有する検出器（ＦＰＤ）１０４を含む。撮像装置１００は更に、ＦＰＤ１０４からの画像データを処理して出力する信号処理部１０５と、各構成要素に夫々制御信号を供給してＦＰＤ１０４の動作を制御する制御部１０６と、各構成要素に夫々バイアスを供給する電源部１０７を含む。信号処理部１０５は、不図示の制御コンピュータから制御信号を入力して制御部１０６に提供する。また、信号処理部１０５は、放射線の照射期間に読出回路１０３から信号配線の電位情報を入力し、制御コンピュータに伝送する。電源部１０７は、不図示の外部電源や内蔵バッテリーから電圧を入力して検出部１０１、駆動回路１０２、読出回路１０３で必要な電圧を供給するレギュレータ等の電源回路を内包している。放射線発生装置１１１は、制御卓１１２から指示された放射線照射条件に応じた放射線を照射する。撮像装置１００と放射線発生装置１１１は、電気的に接続されておらず、信号のやりとりは生じない。放射線検知手段１２０は、放射線の照射状態を検知する放射線検知センサ１２１と、放射線検知センサ１２１からの電流を検出する電流検出手段１２２と、ゲイン設定手段１２４と、比較手段１２３と、比較手段１２３の閾値を設定する閾値設定手段１２５を含む。撮影種類設定手段１２６では、ユーザーにより、測定前に撮影種類（被写体の部位や体格、動画・静止画撮影モードなど）が設定される。ゲイン設定手段１２４は、撮影種類設定手段１２６により設定された撮影種類に応じて、電流検出手段１２２のゲインを設定する。比較手段１２３は、電流検出手段１２２からの電圧信号を比較する。閾値設定手段１２５は、撮影種類設定手段１２６により設定された撮影種類に応じて、比較手段１２３の閾値電圧を設定する。放射線検知センサ１２１は、検出部１０１の放射線照射面側に配置されているが、放射線照射面の反対側に配置してもよい。また、放射線検知センサ１２１は、照射領域が絞られても確実に放射線照射を検知できるように、検出部１０１内の中央部に配置することが望ましい。本実施形態では、放射線検知センサ１２１は、放射線を直接電気信号に変換する直接型のセンサ、又は放射線を可視光に変換する蛍光体をＳｉフォトダイオードに塗布した形態のものなどが用いられる。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、放射線検知センサは、検出部１０１を構成する配線の一部を含み、検出部１０１の所定の領域から放射線の照射状態を検知する信号を得るものでもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１００の具体的な構成例を示す図である。なお、図１を用いて説明した構成と同じものは同じ番号を付与してあり、詳細な説明は割愛する。また、図２では説明の簡便化のために３行×３列の画素を有する検出部１０１を含む撮像装置を示す。しかしながら、実際の撮像装置はより多画素であり、例えば１７インチの撮像装置では約２８００行×約２８００列の画素を有している。検出部１０１は、行列状に複数配置された画素を有する。本実施形態における画素は、放射線を電荷（電気信号）に変換する変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３と、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３と、を有する。本実施形態では、光を電荷に変換する光電変換素子として、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＭＩＳ型フォトセンサを用いる。変換素子としては、上述の光電変換素子の放射線入射側に放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３としては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられ、本実施形態では薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の一方の電極はスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３の２つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極は共通のバイアス配線Ｂｓを介してバイアス電源１０７ａと電気的に接続される。行方向の複数のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ１３は、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｇ１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ３１は、他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ１に電気的に接続されている。スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３１が導通状態である間に、変換素子Ｓ１１〜Ｓ３１の電荷に応じた電気信号を、信号配線Ｓｉｇ１を介して読出回路１０３に出力する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３は、複数の画素から出力された電気信号を並列に読出回路１０３に伝送する。なお、本実施形態における画素は変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３とスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３とを有するものとして説明したが、それに限定されるものではない。信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３又は変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３とスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３との間に少なくとも増幅用トランジスタを更に有する画素でもよい。また、変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３や変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３と増幅用トランジスタとのノードを初期化する初期化用トランジスタを更に有する画素でもよい。

読出回路１０３は、検出部１０１から並列に出力された電気信号を増幅する増幅回路２０７を信号配線毎に対応して複数設けられている。また、各増幅回路２０７は、出力された電気信号を増幅する積分増幅器２０３と、積分増幅器２０３からの電気信号を増幅する可変増幅器２０４と、増幅された電気信号をサンプルしホールドするサンプルホールド回路２０５と、バッファアンプ２０６とを含む。積分増幅器２０３は、読み出された電気信号を増幅して出力する演算増幅器Ａと、積分容量Ｃｆと、リセットスイッチＲＣと、を有する。積分増幅器２０３は、積分容量Ｃｆの値を変えることで増幅率を変更することが可能な機構を備えている。演算増幅器Ａの反転入力端子には検出部１０１から出力された電気信号が入力され、非反転入力端子には基準電源１０７ｂから基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。また、積分容量Ｃｆが演算増幅器Ａの反転入力端子と出力端子の間に配置される。サンプルホールド回路２０５は、各可変増幅器２０４に対応して設けられ、サンプリングスイッチＳＨとサンプリング容量Ｃｈとによって構成される。また、読出回路１０３は、各増幅回路２０７から並列に読み出された電気信号を順次出力して直列信号の画像信号として出力するマルチプレクサ２０８と、画像信号をインピーダンス変換して出力するバッファ増幅器２０９と、を有する。バッファ増幅器２０９から出力されたアナログ電気信号である画像信号Ｖｏｕｔは、Ａ／Ｄ変換器２１０によってデジタルの画像データに変換されて信号処理部１０５（図１）へ出力され、信号処理部１０５で処理された画像データが制御コンピュータへ出力される。

駆動回路１０２は、制御部１０６（図１）から入力された制御信号Ｄ−ＣＬＫ、ＯＥ、ＤＩＯに応じて、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３を導通状態にする導通電圧Ｖｃｏｍと非道通状態とする非導通電圧Ｖｓｓを有する駆動信号を、各駆動配線Ｇ１〜Ｇ３に出力する。これにより、駆動回路１０２は、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３の導通状態及び非導通状態を制御し、検出部１０１を駆動する。駆動回路１０２は、放射線検知手段１２０により放射線の照射開始が検知された場合に検出部１０１の動作状態を待機状態から蓄積状態に移行させる。また、駆動回路１０２は、放射線検知手段１２０により放射線の照射終了が検知された場合に検出部１０１の動作状態を蓄積状態から読出し状態に移行させる。

図１に示す電源部１０７は、図２に示すバイアス電源１０７ａと、増幅回路２０７の基準電源１０７ｂとを含む。バイアス電源１０７ａは、バイアス配線Ｂｓを介して各変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の他方の電極に共通にバイアス電圧Ｖｓを供給する。基準電源１０７ｂは、各演算増幅器Ａの正転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。

図１に示す制御部１０６は、信号処理部１０５を介して装置外部の制御コンピュータ等からの制御信号を入力して、駆動回路１０２、電源部１０７、読出回路１０３に各種の制御信号を与えてＦＰＤ１０４の動作を制御する。図１に示す制御部１０６は、図２に示す駆動回路１０２に、制御信号Ｄ−ＣＬＫと制御信号ＯＥと制御信号ＤＩＯとを与えることによって、駆動回路１０２の動作を制御する。ここで、制御信号Ｄ−ＣＬＫは駆動回路１０２として用いられるシフトレジスタのシフトクロックであり、制御信号ＤＩＯはシフトレジスタが転送するパルス、制御信号ＯＥはシフトレジスタの出力端を制御するものである。また、制御部１０６は、図２に示す読出回路１０３に、制御信号ΦＲＣと制御信号ΦＳＨと制御信号ＣＬＫを与えることによって、読出回路１０３の各構成要素の動作を制御する。ここで、制御信号ΦＲＣは積分増幅器２０３のリセットスイッチＲＣの動作を、制御信号ΦＳＨはサンプルホールド回路２０５のスイッチＳＨの動作を、制御信号ＣＬＫはマルチプレクサ２０８の動作を制御するものである。

次に、図１〜図６を用いて、放射線撮像システムの動作について説明する。図３は、放射線検知手段１２０の等価回路図、図４は、ゲイン設定手段１２４におけるゲイン設定を説明するための図、図５は撮影種類によるゲイン設定テーブルの例を示す図、図６は放射線撮像装置のタイミング図である。

放射線撮影において、まず、オペレータは撮影種類設定手段１２６により、撮影種類を設定する。ここで、撮影種類とは、被写体の撮影部位や体格、あるいは静止画や動画などの撮影モードを指す。このような撮影種類によって、放射線の照射条件や照射領域が異なるため、オペレータは撮影前にあらかじめ撮影種類を設定しておく必要がある。

次に、撮像装置１００の電源が投入され、変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３にバイアス電圧Ｖｓが供給されると、撮像装置１００は待機動作（図６）を開始する。待機動作では、変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３に流れる暗電流をリセットするために空読み動作を繰り返し行う。空読み動作では、リセットスイッチＲＣにより積分増幅器２０３の積分容量Ｃｆ及び信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３がリセットされる。また、駆動回路１０２に送られる制御信号ＤＩＯ及び制御信号Ｄ−ＣＬＫに同期して、駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目の画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態とされる。このスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３の導通状態により、変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３がリセットされる。このようなスイッチ素子の導通状態の制御とリセットが２行目、３行目と繰り返し行われることにより、変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の全ての画素がリセットされる。さらに空読み動作を継続するために、再度、制御信号ＤＩＯが駆動回路１０２に出力され、１行目の駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられる。以上のように、待機動作中は空読み動作が繰り返し行われる。

オペレータが制御卓１１２により、曝射要求信号を放射線発生装置１１１に与えると、ただちに放射線照射が開始される。撮像装置１００に放射線が照射されると、放射線検知手段１２０により放射線が検知され、放射線検知信号が信号処理部１０５に出力される。さらに、信号処理部１０５は、制御部１０６に、空読み動作を停止し、蓄積動作に移行する信号を与える。これにより、撮像装置１００は、蓄積動作（図６）に移行する。蓄積動作中は、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３には非導通電圧Ｖｓｓが与えられており、全ての画素のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ３３は非導通状態となる。

その後、放射線照射が終了すると、放射線検知手段１２０により放射線照射の終了が検知され、放射線照射の終了の信号が信号処理部１０５に出力される。次に、信号処理部１０５は、制御部１０６に、蓄積動作から読出し動作に移行する信号を与える。これにより、撮像装置１００は、読出し動作（図６）に移行する。読出し動作では、まずリセットスイッチＲＣにより積分容量Ｃｆ及び信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３がリセットされる。次に、駆動回路１０２から駆動配線Ｇ１に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、１行目のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１３が導通状態とされる。これにより、１行目の変換素子Ｓ１１〜Ｓ１３で発生された電荷に基づく電気信号が各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３に出力される。各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３を介して並列に出力された電気信号は、それぞれ各増幅回路２０７の積分増幅器２０３及び可変増幅器２０４で増幅される。増幅された電気信号は、それぞれ、制御信号ΦＳＨによりサンプルホールド回路２０５のスイッチＳＨが動作され、各増幅回路２０７内のサンプルホールド回路２０５に並列に保持される。保持された後、積分容量Ｃｆ及び信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３がリセットされる。リセットされた後、１行目と同様に２行目の駆動配線Ｇ２に導通電圧Ｖｃｏｍが与えられ、２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が導通状態とされる。２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２３が導通状態とされている期間内に、マルチプレクサ２０８がサンプルホールド回路２０５に保持された電気信号を順次出力する。これにより、並列に読み出された１行目の画素からの電気信号は直列の画像信号に変換して出力され、Ａ／Ｄ変換器２１０が１行分の画像データに変換して出力する。以上の動作を１行目から３行目に対して行単位で行うことにより、１フレーム分の画像データが撮像装置から出力される。以上のように、制御部１０６及び駆動回路１０２は、放射線検知手段１２０により検知された照射状態に応じて、検出部１０１及び読出回路１０３を駆動する。

図３は、図１の放射線検知手段１２０の構成例を示す図である。放射線検知センサ１２１に放射線が照射されると、放射線検知センサ１２１は、照射された放射線の入力量に応じた電流ｉＰＤに変換する。さらに、電流検出手段１２２のフィードバック抵抗Ｒｒｅｆにも電流ｉＰＤが流れ、増幅器ａｍｐＸにより電流から電圧に変換される。ここで、増幅器ａｍｐＸから出力される電圧Ｖｏｕｔは、Ｒｒｅｆ×ｉＰＤで表せられる。また、フィードバック抵抗Ｒｒｅｆの抵抗値を変えることで、増幅器ａｍｐＸから出力される電圧値を制御でき、フィードバック抵抗Ｒｒｅｆが増幅器ａｍｐＸのゲインとなる。この電圧Ｖｏｕｔは、比較手段１２３のコンパレータＣＭＰに入力され、任意の閾値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３の中のいずれかの閾値電圧Ｖｔｈと比較される。放射線が照射されて放射線検知センサ１２１に電流が流れ、増幅器ａｍｐＸからの電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈを上回った場合に、コンパレータＣＭＰは放射線の照射開始を示す放射線検知信号（ハイレベルロジック）を出力する。そして、前述のように放射線検知信号は、信号処理部１０５に出力され、撮像装置１００は蓄積動作に移行する。その後、放射線の照射が終了すると、増幅器ａｍｐＸからの電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈを下回り、コンパレータＣＭＰは放射線の照射終了を示す放射線検知信号（ローレベルロジック）を出力する。そして、信号処理部１０５は、撮像装置１００は読出し動作に移行するように、制御部１０６に信号を出力する。

本実施形態は、オペレータにより設定された撮影種類に応じて、電流検出手段１２２のゲイン及び比較手段１２３の閾値電圧Ｖｔｈを変えられることが特徴である。ここで、電流検出手段１２２のフィードバック抵抗値Ｒｒｅｆは、増幅器ａｍｐＸが正常に動作するダイナミックレンジに、増幅器ａｍｐＸの出力電圧Ｖｏｕｔが収まるように設定される。通常、Ｖｏｕｔ＝Ｒｒｅｆ×ｉＰＤの関係からＶｏｕｔが数十ｍＶ〜数Ｖの値になるように、フィードバック抵抗Ｒｒｅｆの抵抗値が設定される。フィードバック抵抗Ｒｒｅｆは、おおよそ１０⁵Ω〜１０⁹Ω程度の値が用いられる。

次に、電流検出手段１２２のゲイン設定及び比較手段１２３の閾値電圧Ｖｔｈの設定方法について説明する。放射線検知センサ１２１は、被写体を透過した放射線を検知する。放射線の照射条件は、被写体の撮影部位や体格、静止画や動画撮影といった撮影モードによって異なる。このため、撮影によって、放射線検知センサ１２１に入力される放射線量は異なる。そこで、本実施形態では、様々な撮影種類に最適なゲイン設定を行う。

前述のように、増幅器ａｍｐＸからの電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈを超えると、放射線照射の開始が検知される。放射線検知手段１２０の検知性能は、以下の点で決まる。
・ノイズ
・時間応答
・ＳＮ比

ここで、ノイズとは、放射線検知センサ１２１の暗電流や、フィードバック抵抗Ｒｒｅｆの熱雑音、増幅器ａｍｐＸの入力オフセット電流、コンパレータＣＭＰの入力オフセット電圧などが挙げられる。図３に示した放射線検知手段１２０において、これらのノイズの特徴として、放射線検知センサ１２１の暗電流や増幅器ａｍｐＸの入力オフセット電流は、ゲインに比例して増幅される。一方、フィードバック抵抗Ｒｒｅｆの熱雑音やコンパレータＣＭＰの入力オフセット電圧は、ゲインに比例して増幅されない。つまり、放射線検知手段１２０のノイズには、ゲインに比例して増幅されるノイズと比例して増幅されないノイズが存在する。このため、放射線検知手段１２０のノイズの総和は、ゲインに比例して増幅されない。

図４は、電流検出手段１２２のゲイン設定が低い場合と高い場合の２種類の入出力特性を示す図である。入力量が小さい場合、ゲイン設定が低いと、増幅器ａｍｐＸからの出力電圧Ｖｏｕｔに対して、ノイズレベルの割合が大きい。すなわちＳＮ比が小さい。一方、ゲイン設定が高い場合には、ノイズレベルの割合は小さくなる。すなわちＳＮ比が大きい。よって、ゲインを高く設定することで、放射線検知手段１２０のＳＮ比を上げることができる。ここで、ＳＮ比とは、増幅器ａｍｐＸからの出力電圧Ｖｏｕｔをノイズの総和で割ったものを指している。

しかし、ゲインを高くすると、増幅器ａｍｐＸの時定数ＲＣ値が大きくなり、出力電圧Ｖｏｕｔの時間応答がより悪化する。このため、実際に放射線が照射されてから放射線検知手段１２０で放射線を検知するまでの時間がかかってしまう可能性がある。また、放射線の終了を検知する際も、実際に放射線照射が終了されてから、検知するまでの時間がかかってしまう可能性がある。

本実施形態では、放射線検知センサ１２１への放射線入力量が小さい場合、ＳＮ比を上げるためにゲイン設定を高くする。すなわち、フィードバック抵抗Ｒｒｅｆの抵抗値を大きくする。これにより、放射線検知１２１への放射線入力量が小さい場合でも、ノイズによる誤検知を防ぐことができる。一方で、放射線検知センサ１２１への放射線入力量が大きい場合、ゲイン設定を低くする。放射線入力量が大きいためにＳＮ比は上がり、誤検知の起こる可能性が低いため、ゲインを高く設定する必要がない。また、不必要にゲインを高くすると、時間応答が悪化し、前述のような弊害を招いてしまう。

図５は、撮影種類によるゲイン設定テーブルの例を示す図である。実際の放射線撮影においては、テーブル内に示したように、被写体の撮影部位や体格によって放射線の照射条件が決められている。そのため、ゲイン設定手段１２４は、そのデータを利用し、あらかじめ撮影種類設定手段１２６で撮影前に設定された撮影種類に応じて、増幅器ａｍｐＸのフィードバック抵抗Ｒｒｅｆの抵抗値を設定する。抵抗値は、ゲイン設定手段１２４からの信号により設定される。フィードバック抵抗Ｒｅｆの抵抗値は、放射線入力量に反比例するように設定されることが望ましい。

比較手段１２３の閾値電圧Ｖｔｈは、ゲイン設定に応じて変更する。前述のように、ゲインを高く設定した場合、増幅器ａｍｐＸからの電圧Ｖｏｕｔに重畳するノイズが大きくなるため、閾値電圧Ｖｔｈは高く設定する。また、ゲインを低く設定した場合、増幅器ａｍｐＸからの電圧Ｖｏｕｔに重畳するノイズは小さいため、閾値電圧Ｖｔｈは低く設定する。閾値電圧Ｖｔｈが低い程、放射線が照射されてから放射線検知手段１２０で検知されるまでの時間は短くできるので、閾値電圧Ｖｔｈはできるだけ、低くすることが望ましい。閾値電圧Ｖｔｈは、閾値設定手段１２５からの信号により、閾値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３の中のいずれに設定される。このように、撮影種類に応じて、最適なゲインと閾値電圧Ｖｔｈを設定することで、誤検知を低減し、検知精度の高い放射線撮像装置を実現できる。

図７は、他の放射線撮像装置の構成例を示す図である。前述のように、本実施形態において放射線検知センサ１２１を用いて放射線の照射を検知したが、検出部１０１の内部に別途、隣接する２つで１組の放射線検知用画素３２１を設けてもよい。図８は、放射線検知用画素３２１を用いた場合の放射線検知手段の等価回路図である。放射線検知手段は、電圧検知手段３２２と、比較手段３２３と、閾値設定手段３２５と、バイアス切替手段３３０と、バイアス設定手段３３１とを有する。放射線検知用画素３２１は、ａ−Ｓｉを用いたＭＩＳ型センサで構成される。検出部１０１の内部に放射線検知用画素３２１を設けた場合、前述した電流検出手段１２２のゲイン設定の代わりに、放射線検知用画素３２１の感度を設定する。放射線検知用画素３２１の感度は、バイアス電圧値ＶＳにより設定される。バイアス設定手段３３１は、撮影種類設定手段１２６で設定された撮影種類に応じて、バイアス切替手段３３０を制御する。バイアス電圧値ＶＳは、バイアス切替手段３３０により、バイアス電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３の中のいずれかに設定され、放射線検知用画素３２１に供給される。ａ−Ｓｉを用いたセンサでは、非晶質半導体のため未結合手によるトラップ準位が多数存在している。このため、半導体内の電界強度によってトラップによる電子やホールの移動が活発になり、バイアス電圧値ＶＳによって感度を変えることができる。

放射線検知用画素３２１に放射線が照射されると、光電荷が発生し、電圧検知手段（積分回路）３２２のフィードバック容量Ｃｆに蓄積される。その蓄積電荷に応じた出力電圧信号Ｖｏｕｔが、比較手段１２３のコンパレータＣＭＰに入力される。出力電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈを超えると、コンパレータＣＭＰは放射線検知信号を出力する。放射線検知が終了すると、電圧検知手段３２２のスイッチＳＷがオンされ、放射線検知用画素３２１がリフレッシュされる。

この検知方法においても、放射線検知用画素３２１への放射線入力量が小さい場合、感度を高く（バイアス電圧値ＶＳを大きく）設定し、放射線検知用画素３２１への放射線入力量が大きい場合は、感度を低く（バイアス電圧値ＶＳを小さく）設定する。

また、本実施形態において、検出部１０１のバイアス配線Ｂｓに流れる電流を検知することで、放射線照射を検知してもよい。その場合は、検出部１０１のバイアス配線Ｂｓに前述した放射線検知手段１２０を接続する。

（第２の実施形態）
次に、図９〜図１１を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態で説明したものと同じものは同じ番号を付与しており、詳細な説明は割愛する。図９は本発明の第２の実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示すブロック図、図１０（ａ）及び（ｂ）は検知能力設定を説明するための図、図１１は検知能力設定テーブルの例を示す図である。

以下に、本実施形態と第１の実施形態の相違点について説明する。本実施形態では、放射線検知センサ１２１、電流検出手段１２２及び比較手段１２３の組みが複数設けられる点が、第１の実施形態と異なる。複数の放射線検知センサ１２１は、検出部１０１の領域内に配置される。２つ以上の放射線検知センサ１２１を検出部１０１内に配置する点が、第１の実施形態と異なる。放射線検知センサ１２１は、照射領域が絞られても確実に放射線照射を検知できるように、少なくとも１つは検出部１０１内の中央部に配置する。それぞれの放射線検知センサ１２１には、図３に示したように、電流検出手段１２２及び比較手段１２３が接続される。それぞれの比較手段１２３は、放射線検知信号を出力する。さらに、それぞれの放射線検知信号は、放射線判定手段１２７に入力され、放射線照射の有無が判定される。放射線判定手段１２７は、複数の比較手段１２３の放射線検知信号を基に放射線の照射開始を判定する。

次に、図１０（ａ）及び（ｂ）を用いて本実施形態の電流検出手段１２２のゲイン設定及び比較手段１２３の閾値電圧Ｖｔｈの設定方法について説明する。前述のように、放射線撮影において、撮影種類設定手段１２６により、オペレータが撮影前に被写体の撮影部位や体格といった撮影種類を設定する。その撮影種類によって、ゲイン設定手段１２４は、複数の放射線検知センサ１２１のゲイン設定を行う点が本実施形態の特徴である。

放射線撮影において、検出部１０１内には、放射線が被写体を透過する被写体領域と被写体を透過しない素抜け領域とが存在する。被写体領域では、被写体に放射線が吸収されているため、検出部１０１に到達する放射線量が素抜け領域に比べて低い。このため、被写体領域に配置された放射線検知センサ１２１への放射線入力量は小さくなる。そこで、被写体領域に配置された放射線検知センサ１２１は、ゲインを高く設定する。一方、素抜け領域では、検出部１０１に到達する放射線量は高いため、素抜け領域に配置された放射線検知センサ１２１への放射線入力量は大きくなる。そこで、素抜け領域に配置された放射線検知センサ１２１は、ゲインを低く設定する。以上のように、ゲイン設定手段１２４は、撮影種類設定手段１２６により設定された撮影種類に応じて、複数の放射線検知センサ１２１の中で被写体が存在する被写体領域に配置された放射線検知センサ１２１に対応する電流検出手段１２２のゲインを大きく設定する。また、ゲイン設定手段１２４は、撮影種類設定手段１２６により設定された撮影種類に応じて、複数の放射線検知センサ１２１の中で被写体が存在しない素抜け領域に配置された放射線検知センサ１２１に対応する電流検出手段１２２のゲインを小さく設定する。

前述のように、放射線撮影において、まずオペレータが撮影種類設定手段１２６により、撮影種類を設定する。次に、ゲイン設定手段１２４は、撮影種類設定手段１２６からの撮影部位情報に基づいて、それぞれの電流検出手段１２２のゲイン設定を行う。図１０（ａ）に、放射線検知センサ１２１を９カ所に配置した場合の胸部正面撮影でのゲイン設定例を示す。胸部正面撮影では、周囲４隅が素抜け領域となる可能性が高い。そこで、ゲイン設定手段１２４は、周囲４隅の電流検出手段１２２のゲインを低く設定し、その他の５ヶ所の電流検出手段１２２のゲインを高く設定する。また、図１０（ｂ）に胸部側面撮影でのゲイン設定例を示す。胸部側面撮影では、周囲左右に配置した６ヶ所が素抜け領域となる可能性が高い。そこで、ゲイン設定手段１２４は、周囲左右に配置した６ヶ所の電流検出手段１２２のゲインを低く設定し、その他の３ヶ所の電流検出手段１２２のゲインを高く設定する。

図１１は、撮影種類によるゲイン設定テーブルの例を示す。ゲイン設定テーブルには、素抜け領域のゲインも設定されている。第１の実施形態と同様に、ゲイン設定手段１２４は、被写体の撮影部位や体格によって決められる放射線の照射条件のデータを利用し、推定される放射線検知センサ１２１への放射線入力量に基づいて、電流検出手段１２２のゲイン設定を行う。ゲイン設定は、放射線入力量に反比例するように設定されることが望ましい。また、比較手段１２３の閾値電圧Ｖｔｈは、ゲイン設定に応じて変更されてもよいし、あらゆるゲイン設定においてノイズに対してマージンを持った電圧値に固定してもよい。

本実施形態において、比較手段１２３からの放射線検知信号は、放射線判定手段１２７に入力される。放射線判定手段１２７は、複数の放射線検知信号を入力して放射線照射判定信号を撮像装置１００の信号処理部１０５に出力する。さらに、信号処理部１０５は、制御部１０６に、空読み動作を停止し、蓄積動作に移行する信号を出力する。これにより、撮像装置１００は、蓄積動作に移行する。

ここで、放射線判定手段１２７は、いずれか１つの放射線検知信号が入力されると、ただちに放射線判定信号を出力しても良いし、２つ以上の放射線検知信号が入力されてから、放射線判定信号を出力しても良い。前者の場合、複数の放射線検知センサ１２１からの放射線検知信号の内、最も早く検知された放射線検知信号を用いるため、第１の実施形態と比較して放射線が照射されてから放射線検知手段１２０で検知されるまでの時間を短くできる。また、後者の場合、２つ以上の放射線検知信号を用いるため、誤検知を低減でき、正確な放射線検知が可能となる。以上のように、放射線判定手段１２７は、複数の比較手段１２３の中のいずれか１つから放射線の照射開始又は照射終了を示す放射線検知信号が入力された場合に、放射線照射の開始又は終了と判定する。また、放射線判定手段１２７は、複数の比較手段１２３の中の２つ以上から放射線の照射開始又は照射終了を示す放射線検知信号が入力された場合に、放射線照射の開始又は終了と判定する。

また、次のような動作で、放射線照射開始を判定しても良い。本実施形態における最良の判定方法を説明する。まず、放射線判定手段１２７は、いずれか１つの放射線検知信号の入力により放射線判定信号を出力し、一旦撮像装置１００の空読み動作を止める。その後、２つ目の放射線検知信号が放射線判定手段１２７に入力されれば、そのまま蓄積動作に移行する。もし、２つ目の放射線検知信号が放射線判定手段１２７に入力されなければ誤検知と判定し、放射線判定手段１２７は再度待機駆動すなわち空読み動作を再開させるように、撮像装置１００に信号を出力する。この動作により、誤検知を低減し、なおかつ空読み動作による変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３からの信号流出を少なくできる。

本実施形態では、２つ以上の放射線検知センサ１２１を配置し、なおかつ撮影種類に応じて検知能力を設定することで、誤検知が少なく、なおかつ放射線が照射されてから検知されるまでの時間が短い放射線検知システムを構築できる。

本実施形態において、放射線検知センサ１２１を用いて放射線の照射を検知したが、検出部１０１の内部に別途、２つ以上の放射線検知用画素を設けてもよい。この場合、第１の実施形態と同様に、電流検出手段１２２のゲイン設定の代わりに、２つ以上の放射線検知用画素の感度をそれぞれ設定できるように構成する。

また、本実施形態において、検出部１０１のバイアス配線Ｂｓに流れる電流を検知することで、放射線照射を検知してもよい。その場合、バイアス配線Ｂｓを２つ以上の領域に分け、それぞれに前述した電流検出手段１２２及び比較手段１２３を接続する。この場合の放射線照射の判定方法は前述した方法と同様である。

（第３の実施形態）
次に、図１２〜図１４を用いて、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、第２の実施形態で説明したものと同じものは同じ番号を付与しており、詳細な説明は割愛する。図１２は本発明の第３の実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示すブロック図、図１３は放射線検知手段１２０の等価回路図、図１４はゲイン設定を説明するための図である。

以下に、本実施形態と第２の実施形態の相違点について説明する。図１２及び図１３に示したように、本実施形態では、電流検出手段１２２の増幅器ａｍｐＸの出力に飽和判定手段１２８が接続されている点が、第２の実施形態と異なる。第２の実施形態では、撮影種類設定手段１２６での設定に基づき、２つ以上配置された放射線検知センサ１２１の検知能力を設定した。放射線検知センサ１２１への放射線入力量の小さい場所では、ゲインを高く設定し、放射線入力量の大きい場所では、ゲインを低く設定した。しかし、実際には、撮影種類設定手段１２６に基づいて設定した、各場所でのゲイン設定が不適切になる場合がある。例えば、以下の場合である。
・検出部１０１内における被写体の場所がずれる。
・素抜け領域と被写体領域の境界に放射線検知センサ１２１が配置されてしまう。
・被写体の体格の個人差。

このような場合の悪影響として、以下の点がある。ゲインを高く設定した放射線検知センサ１２１に過度の強い放射線が照射されると、電流検出手段１２２内の増幅器ａｍｐＸが飽和し、正常に動作しなくなる。増幅器ａｍｐＸが飽和すると、時間応答が悪化し、放射線の照射終了の検知に時間がかかってしまい、正確な照射終了の検知ができなくなる。そこで、本実施形態では、増幅器ａｍｐＸの出力に飽和判定手段１２８を接続する。

図１３及び図１４を用いて、飽和判定手段１２８の動作を説明する。飽和判定手段１２８は、増幅器ａｍｐＸの出力電圧Ｖｏｕｔをモニタしており、飽和する電圧より低い電圧に設定した閾値電圧Ｖｔｈｘを超えると、飽和判定信号をゲイン設定手段１２４に出力する。ゲイン設定手段１２４は、飽和判定信号を入力し、電流検出手段１２２のフィードバック抵抗Ｒｒｅｆの抵抗値を下げる。すなわち、ゲインを低く設定する。ゲイン設定手段１２４は、電流検出手段１２２の電圧が閾値電圧Ｖｔｈｘを超えた場合に電流検出手段１２２のゲインを下げる。この動作により、増幅器ａｍｐＸの飽和を防ぐことができ、正確に放射線照射の終了のタイミングを検知することができる。

比較手段１２３は、増幅器ａｍｐＸからの電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈを下回ると、放射線の照射終了の信号を放射線判定手段１２７に出力する。放射線判定手段１２７は、複数の放射線の照射終了の信号を入力し、放射線判定信号を撮像装置１００の信号処理部１０５に出力する。さらに、信号処理部１０５は、制御部１０６に、蓄積動作を停止し、読出し動作に移行する信号を出力する。これにより、撮像装置１００は、読出し動作に移行する。

放射線判定手段１２７は、いずれか１つの放射線照射終了の信号が入力されると、ただちに放射線判定信号を出力しても良いし、２つ以上の放射線照射終了の信号が入力されてから、放射線判定信号を出力しても良い。

本実施形態において、撮影種類設定手段１２６に基づいて設定した、各場所でのゲイン設定が不適切になる場合に、増幅器ａｍｐＸの飽和を回避し、照射開始及び照射終了ともに精度よく検知することが可能になる。

第２の実施形態と同様に、検出部１０１の内部に別途、２つ以上の放射線検知用画素３２１を設けてもよい。図１５は、この場合の放射線検知手段の等価回路図である。電流検出手段１２２のゲイン設定の代わりに、２つ以上の放射線検知用画素３２１の感度をそれぞれ設定できるように、バイアス切替手段３３０を設ける。バイアス切替手段３３０は、バイアス設定手段３３１に設定により、バイアス電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３の中のいずれかを放射線検知用画素３２１に供給する。飽和判定手段１２８は、電圧検知手段３２２の出力に接続される。飽和判定手段１２８は、増幅器ａｍｐＸの出力電圧Ｖｏｕｔをモニタしており、放射線検知用画素３２１が飽和する電圧より低い電圧に設定した閾値電圧Ｖｔｈｘを超えると、飽和判定信号をバイアス設定手段３３１に出力する。バイアス設定手段３３１は、飽和判定信号を入力し、バイアス切替手段３３１のバイアス電圧を下げる。すなわち、放射線検知用画素３２１の感度を下げる。これにより、放射線検知用画素３２１が飽和し、時間応答が悪化してしまうのを防ぐことができる。

第１〜第３の実施形態によれば、放射線検知手段１２０は、撮影種類設定手段１２６により設定された撮影種類に応じて、放射線の検知能力を変更する。具体的には、放射線検知手段１２０は、放射線検知手段１２０への放射線入力量が小さい撮影種類の場合には放射線の検知能力を大きくし、放射線検知手段１２０への放射線入力量が大きい撮影種類の場合には放射線の検知能力を小さくする。

第１〜第３の実施形態の放射線撮像システムは、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に好適に用いられる。上記の放射線は、放射性崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０１ 検出部、１０２ 駆動回路、１２０ 放射線検知手段、１２６ 撮影種類設定手段

Claims (13)

1. 放射線を電気信号に変換する変換素子が行列状に配置された検出部と、
   放射線の照射状態を検知する放射線検知手段と、
   前記放射線検知手段により検知された照射状態に応じて、前記検出部を駆動する駆動回路と、
   撮影種類を設定する撮影種類設定手段とを有し、
   前記放射線検知手段は、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、放射線の検知能力を変更することを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記駆動回路は、前記放射線検知手段により放射線の照射開始が検知された場合に前記検出部の動作状態を待機状態から蓄積状態に移行させ、前記放射線検知手段により放射線の照射終了が検知された場合に前記検出部の動作状態を蓄積状態から読出し状態に移行させることを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
3. 前記放射線検知手段は、前記放射線検知手段への放射線入力量が小さい撮影種類の場合には放射線の検知能力を大きくし、前記放射線検知手段への放射線入力量が大きい撮影種類の場合には放射線の検知能力を小さくすることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線撮像装置。
4. 前記放射線検知手段は、
   照射された放射線を電流に変換する放射線検知センサと、
   前記放射線検知センサの電流を電圧に変換する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の電圧を閾値電圧と比較し、前記電流検出手段の電圧が前記閾値電圧を上回った場合に放射線の照射開始を示す放射線検知信号を出力し、前記電流検出手段の電圧が前記閾値電圧を下回った場合に放射線の照射終了を示す放射線検知信号を出力する比較手段とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
5. 前記放射線検知手段は、さらに、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、前記電流検出手段のゲインを設定するゲイン設定手段を有することを特徴とする請求項４記載の放射線撮像装置。
6. 前記放射線検知手段は、さらに、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、前記比較手段の閾値電圧を設定する閾値設定手段を有することを特徴とする請求項４記載の放射線撮像装置。
7. 前記放射線検知手段は、さらに、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、前記電流検出手段のゲインを設定するゲイン設定手段と、
   前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、前記比較手段の閾値電圧を設定する閾値設定手段とを有することを特徴とする請求項４記載の放射線撮像装置。
8. 前記放射線検知センサ、前記電流検出手段及び前記比較手段の組みが複数設けられ、
   前記複数の放射線検知センサは、前記検出部の領域内に配置され、
   前記放射線検知手段は、さらに、前記複数の比較手段の放射線検知信号を基に放射線の照射開始を判定する放射線判定手段を有することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
9. 前記放射線判定手段は、前記複数の比較手段の中のいずれか１つから放射線の照射開始又は照射終了を示す放射線検知信号が入力された場合に、放射線照射の開始又は終了と判定することを特徴とする請求項８記載の放射線撮像装置。
10. 前記放射線判定手段は、前記複数の比較手段の中の２つ以上から放射線の照射開始又は照射終了を示す放射線検知信号が入力された場合に、放射線照射の開始又は終了と判定することを特徴とする請求項８記載の放射線撮像装置。
11. 前記放射線判定手段は、さらに、前記撮影種類設定手段により設定された撮影種類に応じて、前記複数の放射線検知センサの中で被写体が存在する被写体領域に配置された放射線検知センサに対応する前記電流検出手段のゲインを大きく設定し、前記複数の放射線検知センサの中で被写体が存在しない素抜け領域に配置された放射線検知センサに対応する前記電流検出手段のゲインを小さく設定するゲイン設定手段を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記ゲイン設定手段は、前記電流検出手段の電圧が閾値電圧を超えた場合に前記電流検出手段のゲインを下げることを特徴とする請求項５又は７記載の放射線撮像装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    放射線を照射する放射線発生装置と
    を有することを特徴とする放射線撮像システム。

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