JP2014059209A - 放射線画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より正確な照射開始判定を行う放射線画像検出装置を提供する。
【解決手段】電子カセッテのＦＰＤ３０には、Ｘ線の線量に応じた線量検出信号を出力する検出画素４１ｂと、線量検出信号に基づきＸ線の照射開始を判定する照射開始判定部６２と、線量検出信号に基づきＸ線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定するＡＥＣ部６３とが設けられている。照射開始判定部６２を使用する場合は、ＡＥＣ部６３を使用する場合よりも低いゲインがゲイン設定部６０により積分アンプ４９に設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線の照射開始を判定する機能と、放射線の累積線量が目標線量に達した時点で放射線の照射を停止させるＡＥＣ機能をもつ放射線画像検出装置に関する。

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線発生装置と、被写体（患者）を透過したＸ線で形成される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線を被写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線源を動作させるための指示を線源制御装置に入力する照射スイッチを有している。Ｘ線撮影装置は、被写体を透過したＸ線を電気信号に変換することによって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制御、Ｘ線画像の保存や表示を行うコンソールを有している。

Ｘ線画像検出装置の画像検出部として、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ；flat panel detector）を用いたものが普及している。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行列状に配置された撮像領域を有する。画素は、電荷を発生してこれを蓄積する光電変換部、およびＴＦＴ等のスイッチング素子を備える。ＦＰＤは、スイッチング素子のオン動作に応じて、画素の列毎に設けられた信号線を通じて各画素の光電変換部に蓄積された信号電荷を信号処理回路に読み出し、信号処理回路で信号電荷を電圧信号に変換することでＸ線画像を電気的に検出する。

ＦＰＤを利用したＸ線画像検出装置では、Ｘ線画像に乗る暗電荷ノイズの影響を最小にするために画素の不要電荷を掃き出すリセット動作をＦＰＤが定期的に行っている。したがって、ＦＰＤを利用したＸ線画像検出装置を備えたＸ線撮影システムでは、Ｘ線の照射開始タイミングと、ＦＰＤがリセット動作を終了して画素に信号電荷を蓄積する蓄積動作を開始するタイミングとの同期をとっている。例えば線源制御装置とＸ線画像検出装置に相互通信可能なインターフェース（Ｉ／Ｆ）を設け、Ｘ線の照射開始タイミングに合わせて線源制御装置からＸ線画像検出装置に同期信号を送信し、Ｘ線画像検出装置は同期信号の受信をトリガにＦＰＤの動作を蓄積動作に移行させる。あるいは、Ｘ線画像検出装置には、線源制御装置とは接続されずに同期信号の遣り取りもせず、代わりにＸ線の線量を線量検出センサで検出して、検出した線量と予め設定された照射開始閾値を比較し、線量が照射開始閾値を上回ったときにＸ線の照射が開始されたと判定してＦＰＤに蓄積動作を開始させる照射開始判定機能をもつものもある。

また、Ｘ線撮影システムにおいては、被写体への被曝量を抑えつつ適正な画質のＸ線画像を得るために、Ｘ線の撮影中（照射中）にＸ線の線量を線量検出センサで検出して、線量の積算値（累積線量）が目標線量に達した時点でＸ線源によるＸ線の照射を停止させるＡＥＣ（Automatic Exposure Control、自動露出制御）が行われる場合がある。Ｘ線源が照射する線量は、Ｘ線の照射時間とＸ線源が単位時間当たりに照射する線量を規定する管電流との積である管電流時間積（ｍＡｓ値）によって決まる。照射時間や管電流といった撮影条件は、被写体の撮影部位（胸部や頭部）、性別、年齢などによっておおよその推奨値はあるものの、被写体の体格などの個人差によってＸ線の透過率が変わるため、より適切な画質を得るためにＡＥＣが行われる。

線量検出センサには従来イオンチャンバー等が用いられてきたが、最近、ＦＰＤの画素に簡単な改造を施して線量検出センサとして動作させる技術が提案されている。特許文献１では、一部の画素（以下、検出画素という）を放射線検出用配線にスイッチング素子を介さずに接続して、スイッチング素子のオンオフ動作に関わらず検出画素で発生した電荷に応じた線量検出センサの出力（以下、線量検出信号という）が放射線検出用配線に流れ出すようにしている。そして、放射線検出用配線が繋がれた信号処理回路で線量検出信号を所定の周期でサンプリングしてこれを制御部に入力し、制御部で線量検出信号に基づき照射開始判定またはＡＥＣを行っている。信号処理回路は増幅器を有し、照射開始判定の際に放射線検出用配線から流入する線量検出信号を増幅して制御部に出力している。

特開２０１１−１７４９０８号公報

Ｘ線の単位時間あたりの線量の経時変化を表す照射プロファイルは、照射開始直後から徐々に線量が増加する立ち上がり期間を経て撮影条件で設定された管電流に応じた値に到達し、その値で照射を継続する定常期間に入る（図７等参照）。ＡＥＣでは定常期間において線量検出信号のサンプリングが継続され、サンプリングされた線量検出信号に基づいて累積線量と目標線量との比較が行われて照射停止タイミングが判定される。

一方、照射開始判定は、照射されたＸ線を少しでも無駄にしないために迅速性が求められるので、定常期間に入ってから照射開始を判定したのでは遅く、立ち上がり期間にサンプリングされた線量検出信号に基づいて行う必要がある。つまり、照射開始判定における線量検出信号のサンプリング期間は、ＡＥＣにおける線量検出信号のサンプリング期間と比較して非常に短い。

線量検出信号を読み出すアナログの信号処理回路では、ランダムノイズが発生することが知られている。ランダムノイズは、線量検出信号の信号値を増加させるプラス成分のランダムノイズと、信号値を減少させるマイナス成分のランダムノイズがある。ＡＥＣでは、照射開始判定と比較して長いサンプリング期間で得られた複数回分の線量検出信号の積算の過程でプラス成分とマイナス成分のランダムノイズが相殺される。このため、線量検出信号の読み出し時の増幅ゲインは、ノイズ成分については相殺されて信号成分の増幅のみに寄与する結果となる。したがって、ゲインが高いほど、高いＳ／Ｎ比をもつ線量検出信号を得ることができ、精度の高いＡＥＣを行うことができる。

これに対して、照射開始判定の場合には、線量検出信号のサンプリング期間が短いため、ＡＥＣの場合と比較して、ランダムノイズのプラス成分とマイナス成分の相殺の程度が小さい。そのため、線量検出信号に掛けるゲインをＡＥＣ時と同じかそれ以上の値に設定すると、ランダムノイズが大きくなり、線量検出信号のＳ／Ｎ比が低下する場合がある。この問題は、照射開始判定の迅速性を求めてサンプリング期間を短くするほど大きくなる。サンプリング期間を短くすると、極端なケースでは１回のサンプリングで取得した線量検出信号と照射開始閾値の比較を行うことになるため、そのときのランダムノイズの大きさが線量検出信号のＳ／Ｎ比に直接影響を及ぼすことになるからである。Ｓ／Ｎ比の悪い線量検出信号で照射開始判定を行うと、当然ながら照射開始の誤判定の確率が高まる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、より正確な照射開始判定を行うことができる放射線画像検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、放射線源から照射されて被写体を透過した放射線の線量に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を信号線に出力する画素が配置された撮像領域を有するＦＰＤと、放射線の線量に応じた線量検出信号を出力する線量検出センサと、線量検出信号を増幅する増幅器と、増幅器で増幅された線量検出信号に基づき放射線の照射開始を判定する照射開始判定部と、増幅器で増幅された線量検出信号に基づき放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定するＡＥＣ部と、照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際の増幅器のゲインを、ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際よりも低く設定する制御部とを備えることを特徴とする。

制御部は、放射線源に設定される管電流および被写体の体厚の少なくとも一方に応じてゲインを変更する。

制御部は、照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際の線量検出信号のサンプリング周期を、ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際よりも短く設定する。

制御部は、放射線源に設定される管電流および被写体の体厚の少なくとも一方に応じてサンプリング周期を変更する。

照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際は、撮像領域の全体にわたって分散配置された線量検出センサを選択して、その線量検出信号に基づき判定を行う。ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際は、診断時に最も注目すべき関心領域に該当する撮像領域の部分に配置された線量検出センサを選択して、その線量検出信号に基づき判定を行う。

放射線源に設定される管電流および被写体の体厚の少なくとも一方に応じて、判定に用いる線量検出センサを選択する。

線量検出センサは画素の一部を利用した形態であることが好ましい。例えば、画素には、放射線を受けて信号電荷を蓄積し、スイッチング素子の駆動に応じて信号電荷を信号線に出力する通常画素と、短絡線で信号線に直接接続、またはスイッチング素子がなく信号線に直接接続された検出画素とがあり、検出画素を線量検出センサとして用いる。通常画素とは別に駆動するスイッチング素子が設けられた検出画素を線量検出センサとして用いてもよい。

ＦＰＤが可搬型の筐体に収納された電子カセッテであることが好ましい。

本発明によれば、線量検出センサからの線量検出信号を増幅する増幅器のゲインを、ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際よりも照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際に低く設定するので、より正確な照射開始判定を行うことができる。

Ｘ線撮影システムの概略図である。 線源制御装置の内部構成を示す図である。 電子カセッテを示す外観斜視図である。 電子カセッテの内部構成を示すブロック図である。 検出画素の配置を説明するための図である。 撮影条件テーブルを示す図である。 積分アンプのゲイン設定の手順を示すフローチャートである。 ＡＥＣ部を使用する場合のＦＰＤの動作の推移を示す図である。 照射開始判定部を使用する場合のＦＰＤの動作の推移を示す図である。 照射開始判定時の線量検出信号のサンプリング周期を短くした場合のＦＰＤの動作の推移を示す図である。 別態様の電子カセッテの内部構成を示すブロック図である。 検出画素の別の配置を説明するための図である。 （Ａ）照射開始判定部を使用する場合と、（Ｂ）ＡＥＣ部を使用する場合の検出画素の選択例を示す図である。

[第１実施形態]
図１において、Ｘ線撮影システム２は、Ｘ線源１０と、Ｘ線源１０の動作を制御する線源制御装置１１と、Ｘ線源１０へのウォームアップ開始とＸ線の照射開始を指示するための照射スイッチ１２と、放射線の照射開始を判定する機能と、放射線の累積線量が目標線量に達した時点で放射線の照射を停止させるＡＥＣ機能をもち、被写体（患者）を透過したＸ線を検出してＸ線画像を出力する電子カセッテ１３と、電子カセッテ１３の動作制御やＸ線画像の表示処理を担うコンソール１４と、被写体を立位姿勢で撮影するための立位撮影台１５と、臥位姿勢で撮影するための臥位撮影台１６とを有する。Ｘ線源１０、線源制御装置１１、および照射スイッチ１２はＸ線発生装置２ａ、電子カセッテ１３、およびコンソール１４はＸ線撮影装置２ｂをそれぞれ構成する。この他にもＸ線源１０を所望の方向および位置にセットするための線源移動装置（図示せず）が設けられており、Ｘ線源１０は立位撮影台１５および臥位撮影台１６で共用される。

Ｘ線源１０は、Ｘ線管と、Ｘ線管が放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）とを有する。Ｘ線管は、熱電子を放出するフィラメントである陰極と、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。ウォームアップ開始の指示があると陽極が回転を開始し、規定の回転数となったらウォームアップが終了する。照射野限定器は、例えば、Ｘ線を遮蔽する４枚の鉛板を四角形の各辺上に配置し、Ｘ線を透過させる四角形の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。

コンソール１４は、有線方式や無線方式により電子カセッテ１３と通信可能に接続されており、キーボード等の入力デバイス１４ａを介したオペレータからの入力操作に応じて電子カセッテ１３の動作を制御する。電子カセッテ１３からのＸ線画像はコンソール１４のディスプレイ１４ｂに表示される他、そのデータがコンソール１４内のハードディスクやメモリといったストレージデバイス１４ｃ、あるいはコンソール１４とネットワーク接続された画像蓄積サーバ等のデータストレージに記憶される。

コンソール１４は、被写体の性別、年齢、撮影部位、撮影目的等の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１４ｂ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）等の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、放射線技師等のオペレータにより手動入力される。検査オーダには、頭部、胸部、腹部、手、指等の撮影部位の項目がある。撮影部位には、正面、側面、斜位、ＰＡ（Ｘ線を被写体の背面から照射）、ＡＰ（Ｘ線を被写体の正面から照射）等の撮影方向も含まれる。オペレータは、検査オーダの内容をディスプレイ１４ｂで確認し、その内容に応じた撮影条件をディスプレイ１４ｂに映された操作画面を通じて入力デバイス１４ａで入力する。

撮影条件には、撮影部位の他、Ｘ線源１０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；ｋＶ）、単位時間当たりの照射量を決める管電流（単位；ｍＡ）、およびＸ線の照射時間（単位；ｓ）などが含まれる（図６参照）。管電流と照射時間の積でＸ線の累積の照射量が決まるため、撮影条件としては、管電流と照射時間のそれぞれの値を個別に入力する代わりに、両者の積である管電流時間積（ｍＡｓ値）の値が入力される場合もある。

図２において、線源制御装置１１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１０に供給する高電圧発生器２０と、Ｘ線源１０に与える管電圧および管電流と、Ｘ線の照射時間を制御する制御部２１と、メモリ２３と、タッチパネル２４と、電子カセッテ１３との信号の送受信を媒介する照射信号Ｉ／Ｆ２６とを備える。

制御部２１には照射スイッチ１２とメモリ２３とタッチパネル２４が接続されている。照射スイッチ１２は、制御部２１に対して指示を入力するスイッチであり、２段階の押圧操作が可能である。制御部２１は、照射スイッチ１２が１段階押し（半押し）されると、高電圧発生器２０に対してウォームアップ開始信号を発して、Ｘ線源１０にウォームアップを開始させる。

照射信号Ｉ／Ｆ２６に電子カセッテ１３が接続されている場合、照射スイッチ１２が１段階押し（半押し）されると、制御部２１は電子カセッテ１３との間で同期信号の送受信による同期制御を行う。さらに照射スイッチ１２が２段階押し（全押し）されると、照射開始信号を高電圧発生器２０に発して、Ｘ線源１０にＸ線照射を開始させる。一方、照射信号Ｉ／Ｆ２６に電子カセッテ１３が接続されていない場合は、制御部２１は電子カセッテ１３との間の同期信号の遣り取りは行わず、照射スイッチ１２の２段階押し（全押し）に応じて即座に照射開始信号を高電圧発生器２０に発する。

メモリ２３は、管電圧、管電流、照射時間等の撮影条件を予め数種類格納している。撮影条件はタッチパネル２４を通じてオペレータにより手動で設定される。タッチパネル２４には、メモリ２３から読み出された撮影条件が複数種類表示される。表示された撮影条件の中から、コンソール１４に入力した撮影条件と同じ撮影条件をオペレータが選択することにより、線源制御装置１１に対して撮影条件が設定される。もちろん、予め用意されている撮影条件の値を微調整することも可能である。制御部２１は、設定された照射時間となったらＸ線の照射を停止させるためのタイマー２５を内蔵している。なお、コンソール１４に入力された撮影条件を線源制御装置１１に送信することで線源制御装置１１の撮影条件の設定を自動化してもよい。

電子カセッテ１３のＡＥＣ機能を使用する場合の照射時間は、目標線量に達してＡＥＣ機能による照射停止の判断がされる前にＸ線の照射が終了して線量不足に陥ることを防ぐため、余裕を持った値が設定される。Ｘ線源１０において安全規制上撮影部位に応じて設定されている照射時間の最大値を設定してもよい。ＡＥＣ機能を使用しない場合は撮影部位や被写体の体厚に応じた照射時間が設定される。制御部２１は、設定された撮影条件の管電圧や管電流、照射時間でＸ線の照射制御を行う。ＡＥＣ機能はこれに対してＸ線の累積線量が必要十分な目標線量に到達したと判定すると、線源制御装置１１で設定されている照射時間以下であってもＸ線の照射を停止するように機能する。

照射信号Ｉ／Ｆ２６は、線源制御装置１１が電子カセッテ１３との間で行う同期制御において、同期信号の送受信を媒介する。制御部２１は、Ｘ線照射開始前に電子カセッテ１３に対してＸ線の照射を開始してよいか否かを問い合わせる同期信号である照射開始要求信号を照射信号Ｉ／Ｆ２６を介して送信する。そして、照射開始要求信号に対する応答として、照射を受ける準備が完了したことを表す同期信号である照射許可信号を電子カセッテ１３から受信する。また、電子カセッテ１３がＡＥＣを実行したときに、電子カセッテ１３が発する照射停止信号を受信する。照射信号Ｉ／Ｆ２６の通信方式は有線方式でもよいし無線方式でもよい。

図３において、電子カセッテ１３は、ＦＰＤ３０とこれを収容する扁平な箱型をした可搬型の筐体３１とで構成される。筐体３１は例えば導電性樹脂で形成されている。Ｘ線が入射する筐体３１の前面３１ａには矩形状の開口が形成されており、開口には天板として透過板３２が取り付けられている。透過板３２は、軽量で剛性が高く、かつＸ線透過性が高いカーボン材料で形成されている。筐体３１は、電子カセッテ１３への電磁ノイズの侵入、および電子カセッテ１３から外部への電磁ノイズの放射を防止する電磁シールドとしても機能する。なお、筐体３１には、電子カセッテ１３の各部に所定の電圧の電力を供給するためのバッテリ（二次電池）や、コンソール１４とＸ線画像等のデータの無線通信を行うためのアンテナがＦＰＤ３０の他に内蔵されている。

筐体３１は、例えばフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の国際規格ＩＳＯ４０９０：２００１に準拠した大きさである。電子カセッテ１３は、筐体３１の前面３１ａがＸ線源１０と対向する姿勢で保持されるよう、各撮影台１５、１６のホルダ１５ａ、１６ａ（図１参照）に着脱自在にセットされる。そして、使用する撮影台に応じて、線源移動装置によりＸ線源１０が移動される。また、電子カセッテ１３は、各撮影台１５、１６にセットされる他に、被写体が仰臥するベッド上に置いたり被写体自身にもたせたりして単体で使用されることもある。なお、電子カセッテ１３は、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カセッテ用の既存の撮影台にも取り付け可能である。

図４において、ＦＰＤ３０は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板を有し、この基板上に撮像領域４０が形成されている。撮像領域４０には、Ｘ線の到達線量に応じた電荷を蓄積する複数の画素４１が、所定のピッチでｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）の行列状に配置されている。なお、ｎ、ｍは２以上の整数であり、例えばｎ、ｍ≒２０００である。なお、画素４１の配列は正方配列でなくともよく、ハニカム配列でもよい。

ＦＰＤ３０は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体、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４１で光電変換する間接変換型である。シンチレータは、ＣｓＩ：Ｔｌ（タリウム賦活ヨウ化セシウム）やＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、テルビウム賦活ガドリウムオキシサルファイド）等からなり、画素４１が配列された撮像領域４０の全面と対向するように配置されている。なお、シンチレータとＴＦＴアクティブマトリクス基板は、Ｘ線の入射する側からみてシンチレータ、基板の順に配置されるＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式でもよいし、逆に基板、シンチレータの順に配置されるＩＳＳ（Irradiation Side sampling）方式でもよい。また、シンチレータを用いず、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。

画素４１は、周知のように、可視光の入射によって電荷（電子−正孔対）を発生してこれを蓄積する光電変換部４２、およびスイッチング素子であるＴＦＴ４３を備える。

光電変換部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。光電変換部４２は、下部電極にＴＦＴ４３が接続され、上部電極にはバイアス線が接続されている。バイアス線は画素４１の行数分（ｎ行分）設けられて１本の母線に接続されている。母線はバイアス電源に繋がれている。母線とその子線のバイアス線を通じて、バイアス電源から光電変換部４２の上部電極にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧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もつ上部電極と下部電極に移動し、光電変換部４２に電荷が蓄積される。

ＴＦＴ４３は、ゲート電極が走査線４４に、ソース電極が信号線４５に、ドレイン電極が光電変換部４２にそれぞれ接続される。走査線４４と信号線４５は格子状に配線されており、走査線４４は１行分の画素４１に対して共通に１本ずつ、画素４１の行数分（ｎ行分）設けられている。また信号線４５は１列分の画素４１に対して共通に１本ずつ、画素４１の列数分（ｍ列分）設けられている。走査線４４はゲートドライバ４６に接続され、信号線４５は信号処理回路４７に接続される。

ゲートドライバ４６は、制御部４８の制御の下にＴＦＴ４３を駆動することにより、Ｘ線の到達線量に応じた信号電荷を画素４１に蓄積する蓄積動作と、画素４１から蓄積された信号電荷を読み出す読み出し動作と、リセット動作とをＦＰＤ３０に行わせる。蓄積動作ではＴＦＴ４３がオフ状態にされ、その間に画素４１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４６から同じ行のＴＦＴ４３を一斉に駆動するゲートパルスＧ１〜Ｇｎを所定の間隔で順次発生して、走査線４４を１行ずつ順に活性化し、走査線４４に接続されたＴＦＴ４３を１行分ずつオン状態とする。画素４１の光電変換部４２に蓄積された電荷は、ＴＦＴ４３がオン状態になると信号線４５に読み出されて、信号処理回路４７に入力される。

光電変換部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が印加されているために画素４１の光電変換部４２に蓄積される。画素４１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Ｘ線の照射前には所定時間間隔でリセット動作が行われる。リセット動作は、画素４１に発生する暗電荷を、信号線４５を通じて掃き出す動作である。

リセット動作は、例えば、１行ずつ画素４１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４６から走査線４４に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを所定の間隔で順次発生して、ＴＦＴ４３を１行ずつオン状態にする。

順次リセット方式に代えて、複数行の画素を１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同時に入れて全画素の暗電荷を一度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。

信号処理回路４７は、積分アンプ４９、ＣＤＳ回路（ＣＤＳ）５０、マルチプレクサ（ＭＵＸ）５１、およびＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）５２等を備える。積分アンプ４９は、各信号線４５に対して個別に接続される。積分アンプ４９は、オペアンプ４９ａとオペアンプ４９ａの入出力端子間に接続されたキャパシタ４９ｂとからなり、信号線４５はオペアンプ４９ａの一方の入力端子に接続される。オペアンプ４９ａのもう一方の入力端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。キャパシタ４９ｂにはリセットスイッチ４９ｃが並列に接続されている。積分アンプ４９は、信号線４５から入力される電荷を積算し、アナログ電圧信号Ｖ１〜Ｖｍに変換して出力する。

積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂには容量可変コンデンサが用いられている。蓄積電荷をｑ、キャパシタ４９ｂの容量をＣとしたとき、積分アンプ４９からの出力電圧信号ＶはＶ＝ｑ／Ｃで表せる。このためキャパシタ４９を容量可変コンデンサとしてＣを変化させることで、積分アンプ４９で電圧信号に掛けるゲインを変化させることができる。この積分アンプのゲインは、制御部４８内のゲイン設定部６０により設定される。

各列のオペアンプ４９ａの出力端子には、増幅器５３、ＣＤＳ５０を介してＭＵＸ５１が接続される。ＭＵＸ５１の出力側には、Ａ／Ｄ５２が接続される。ＣＤＳ５０はサンプルホールド回路を有し、積分アンプ４９の出力電圧信号に対して相関二重サンプリングを施して積分アンプ４９のｋＴＣノイズ成分を除去するとともに、サンプルホールド回路で積分アンプ４９からの電圧信号を所定期間保持（サンプルホールド）する。ＭＵＸ５１は、シフトレジスタ（図示せず）からの動作制御信号に基づき、パラレルに接続される各列のＣＤＳ５０から順に一つのＣＤＳ５０を電子スイッチで選択し、選択したＣＤＳ５０から出力される電圧信号Ｖ１〜ＶｍをシリアルにＡ／Ｄ５２に入力する。なお、ＭＵＸ５１とＡ／Ｄ５２の間に増幅器を接続してもよい。

Ａ／Ｄ５２は、入力された１行分のアナログの電圧信号Ｖ１〜Ｖｍをデジタル値に変換して、電子カセッテ１３に内蔵されるメモリ５４に出力する。メモリ５４には、１行分のデジタル値が、それぞれの画素４１の座標に対応付けられて、１行分のＸ線画像を表す画像データとして記録される。こうして１行分の読み出しが完了する。

ＭＵＸ５１によって積分アンプ４９からの１行分の電圧信号Ｖ１〜Ｖｍが読み出されると、制御部４８は、積分アンプ４９に対してリセットパルスＲＳＴを出力し、リセットスイッチ４９ｃをオンする。これにより、キャパシタ４９ｂに蓄積された１行分の信号電荷が放電されてリセットされる。積分アンプ４９をリセットした後、再度リセットスイッチ４９ｃをオフして所定時間経過後にＣＤＳ５０のサンプルホールド回路の一つをホールドし、積分アンプ４９のｋＴＣノイズ成分をサンプリングする。その後、ゲートドライバ４６から次の行のゲートパルスが出力され、次の行の画素４１の信号電荷の読み出しが開始される。さらにゲートパルスが出力されて所定時間経過後に次の行の画素４１の信号電荷をＣＤＳ５０のもう一つのサンプルホールド回路でホールドする。これらの動作を順次繰り返して全行の画素４１の信号電荷を読み出す。

全行の読み出しが完了すると、１枚分のＸ線画像を表す画像データがメモリ５４に記録される。この画像データはメモリ５４から読み出され、制御部４８で各種画像処理を施された後、通信Ｉ／Ｆ５５を通じてコンソール１４に出力される。こうして被写体のＸ線画像が検出される。

通信Ｉ／Ｆ５５は、コンソール１４と有線または無線接続され、コンソール１４との間の情報の送受信を媒介する。通信Ｉ／Ｆ５５は、オペレータによって入力された撮影条件をコンソール１４から受信してこれらの情報を制御部４８に入力する。

なお、リセット動作では、ＴＦＴ４３がオン状態になっている間、画素４１から暗電荷が信号線４５を通じて積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂに流れる。読み出し動作と異なり、ＭＵＸ５１によるキャパシタ４９ｂ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、制御部４８からリセットパルスＲＳＴが出力されてリセットスイッチ４９ｃがオンされ、キャパシタ４９ｂに蓄積された電荷が放電されて積分アンプ４９がリセットされる。

制御部４８には、ゲイン設定部６０が設けられている。ゲイン設定部６０は、積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂの容量を変化させることで積分アンプ４９のゲインを設定する。制御部４８の内部メモリには、コンソール１４で照射開始判定機能を使用することが選択された場合、ＡＥＣ機能を使用することが選択された場合のそれぞれの積分アンプ４９のゲインの値が格納されている。ゲイン設定部６０は、コンソール１４からの設定情報に応じて内部メモリからゲインの値を選択的に読み出し、読み出したゲインの値を積分アンプ４９に設定する。ゲイン設定部６０は、コンソール１４で照射開始判定機能を使用することが選択された場合、ＡＥＣ機能を使用することが選択された場合と比べて積分アンプ４９のゲインを低く設定する。例えばＡＥＣ機能を使用することが選択された場合の１／１０のゲインとする。

また、制御部４８は、タイマー６１を内蔵している。タイマー６１は、照射開始判定機能を使用する際に動作する。ＡＥＣ機能を使用する場合には、累積線量と目標線量との比較によりＸ線の照射停止の判定が行われるが、照射開始判定機能を使用する場合はこのＡＥＣ機能が働かないので、代わりにタイマー６１でＸ線の照射時間を計時する。タイマー６１にはコンソール１４で設定された撮影条件のうちの照射時間がセットされる。タイマー６１は照射開始判定部６２でＸ線の照射開始が判定されたときに計時を開始する。制御部４８は、タイマー６１の計時時間が照射時間となったらＸ線の照射が停止したと判断する。

制御部４８には、ゲイン設定部６０、タイマー６１の他に、メモリ５４のＸ線画像データに対してオフセット補正、感度補正、および欠陥補正の各種画像処理を施す回路（図示せず）が設けられている。オフセット補正回路は、Ｘ線を照射せずにＦＰＤ３０から取得したオフセット補正画像をＸ線画像から画素単位で差し引くことで、信号処理回路４７の個体差や撮影環境に起因する固定パターンノイズを除去する。感度補正回路はゲイン補正回路とも呼ばれ、各画素４１の光電変換部４２の感度のばらつきや信号処理回路４７の出力特性のばらつき等を補正する。欠陥補正回路は、出荷時や定期点検時に生成される欠陥画素情報に基づき、欠陥画素の画素値を周囲の正常な画素の画素値で線形補間する。また、欠陥補正回路は検出画素４１ｂが配置された列の画素４１の画素値も同様に補間する。なお、上記の各種画像処理回路をコンソール１４に設け、各種画像処理をコンソール１４で行ってもよい。

画素４１には通常画素４１ａと検出画素４１ｂがある。通常画素４１ａはＸ線画像を生成するために用いられる。一方検出画素４１ｂは撮像領域４０へのＸ線の到達線量を検出する線量検出センサとして機能する。検出画素４１ｂは、照射開始判定またはＡＥＣのために用いられる。検出画素４１ｂの位置はＦＰＤ３０の製造時に既知であり、ＦＰＤ３０は全検出画素４１ｂの位置（座標）を不揮発性のメモリ（図示せず）に予め記憶している。なお、図では検出画素４１ｂにハッチングを施し通常画素４１ａと区別している。

通常画素４１ａと検出画素４１ｂは光電変換部４２等の基本的な構成は全く同じである。したがってほぼ同様の製造プロセスで形成することができる。検出画素４１ｂはＴＦＴ４３のソース電極とドレイン電極が短絡されている。このため検出画素４１ｂの光電変換部４２で発生した電荷は、ＴＦＴ４３のオンオフに関わらず信号線４５に流れ出し、同じ行の通常画素４１ａがＴＦＴ４３をオフ状態とされ、信号電荷を蓄積する蓄積動作中であっても電荷を読み出すことが可能である。

検出画素４１ｂの光電変換部４２で発生した電荷は、信号線４５を介して積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂに流入する。積分アンプ４９に蓄積された検出画素４１ｂからの電荷はＡ／Ｄ５２に出力され、Ａ／Ｄ５２でデジタル電圧信号（以下、線量検出信号という）に変換される。線量検出信号はメモリ５４に出力される。メモリ５４には、撮像領域４０内の各検出画素４１ｂの座標情報と対応付けて線量検出信号が記録される。ＦＰＤ３０は、こうした線量検出動作を、読み出し動作時と同じ所定のサンプリング周期Δｔ（図８および図９参照）で複数回繰り返す。メモリ５４には、１回のサンプリングで全検出画素４１ｂからの線量検出信号が記録される。なお、本実施形態における線量検出信号のサンプリング周期Δｔは、積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂで検出画素４１ｂの光電変換部４２で発生した電荷の積算を開始してから、積算した電荷を電圧信号に変換してＣＤＳ５０に出力するまでの間（積分アンプ４９の積算期間）である。

照射開始判定部６２を使用することが選択された場合、ＦＰＤ３０は、コンソール１４で設定された撮影条件が通信Ｉ／Ｆ５５を介して制御部４８に入力されたときに線量検出動作を開始する。一方、ＡＥＣ部６３を使用することが選択された場合は線源制御装置１１からの照射開始要求信号の応答として、照射信号Ｉ／Ｆ６４から照射許可信号を送信したときに線量検出動作を開始する。

制御部４８は、コンソール１４からの設定情報に応じて、照射開始判定部６２を使用するか、ＡＥＣ部６３を使用するかを設定する。照射開始判定部６２とＡＥＣ部６３とは、例えば択一的に使用することが設定される。

照射開始判定部６２およびＡＥＣ部６３は、制御部４８により駆動制御される。照射開始判定部６２およびＡＥＣ部６３は、所定のサンプリング周期Δｔで取得される線量検出信号をサンプリング毎にメモリ５４から読み出して、読み出した線量検出信号に基づいて照射開始判定およびＡＥＣを行う。

照射開始判定部６２は、メモリ５４から読み出した各検出画素４１ｂからの線量検出信号のうちの最大値と、予め設定された照射開始閾値とをサンプリング毎に比較する。線量検出信号の最大値が照射開始閾値を上回った場合、照射開始判定部６２は、Ｘ線源１０によるＸ線の照射が開始された（Ｘ線源１０からのＸ線が撮像領域４０に到達した）と判定し、制御部４８に照射開始判定信号を出力する。照射開始閾値は撮影条件によらず同じ値が設定される。

ＡＥＣ部６３は、複数回のサンプリングによってメモリ５４から読み出される線量検出信号を座標毎に順次加算することにより、撮像領域４０に到達するＸ線の累積線量を測定する。より具体的には、ＡＥＣ部６３は、コンソール１４から与えられた採光野の情報に基づき、採光野内に存在する検出画素４１ｂからの線量検出信号の代表値（平均値、最大値、最頻値、合計値等）を計算し、さらにその代表値を積算して採光野の累積線量を求める。

なお、採光野の決め方としては、撮像領域４０を複数分割したブロック毎に線量検出信号の代表値を積算し、積算値が最も低いブロックを採光野と設定してもよいし、オペレータの設定により撮像領域４０の任意の部分を採光野として指定してもよい。

ＡＥＣ部６３は、求めた採光野の累積線量と予め設定された照射停止閾値（目標線量）とをサンプリング毎に比較して、累積線量が照射停止閾値に達したか否かを判定する。ＡＥＣ部６３は、採光野の累積線量が照射停止閾値を上回り、Ｘ線の累積線量が目標線量に達したと判定したときに制御部４８に照射停止信号を出力する。

照射信号Ｉ／Ｆ６４には、線源制御装置１１の照射信号Ｉ／Ｆ２６が有線または無線接続される。照射信号Ｉ／Ｆ６４は、線源制御装置１１との間の同期制御の際に送受信される同期信号、具体的には、線源制御装置１１からの照射開始要求信号の受信と、照射開始要求信号に対する応答である照射許可信号の線源制御装置１１への送信を媒介する。この他、ＡＥＣ部６３が出力する照射停止信号を、制御部４８を介して受け取って線源制御装置１１に向けて送信する。

図５に示すように、検出画素４１ｂは、撮像領域４０の中心に関して左右対称な点線で示す波形の軌跡６５に沿って設けられている。検出画素４１ｂは、同じ信号線４５が接続された画素４１の列に一個ずつ設けられ、検出画素４１ｂが設けられた列は、検出画素４１ｂが設けられない列を例えば二〜三列挟んで設けられる。

図６において、コンソール１４のストレージデバイス１４ｃには、複数の撮影条件が予め記録された撮影条件テーブル７０が格納されている。撮影条件には、撮影部位、管電圧、管電流、照射時間、採光野、および照射停止閾値が含まれる。採光野はＡＥＣ部６３で累積線量を計算する領域を示し、診断時に最も注目すべき関心領域にあたり、かつ線量検出信号を安定して得られる部分が撮影部位毎に設定されている。例えば撮影部位が胸部の場合は図５にａ、ｂで示す左右の肺野の部分が採光野として設定されている。採光野はｘｙ座標で表されており、採光野が矩形の場合は例えば対角線で結ぶ二点のｘｙ座標が記憶されている。ｘｙ座標は、検出画素４１ｂも含む画素４１の撮像領域４０内における位置と対応しており、左上の画素４１の座標を原点（０、０）において表現する。照射停止閾値は、前述のようにＡＥＣ部６３が採光野の累積線量と比較してＸ線の照射停止を判定するための情報である。

コンソール１４は、オペレータの入力指示に対応する撮影条件を撮影条件テーブル７０から読み出す。また、コンソール１４は、照射開始判定部６２、ＡＥＣ部６３のいずれを使用するかの設定を受け付ける。コンソール１４は、読み出した撮影条件および受け付けた設定情報を電子カセッテ１３に送信する。

照射開始判定部６２、ＡＥＣ部６３のいずれを使用するかを設定する方法としては、上記のようにコンソール１４で行う代わりに、またはこれに加えて、電子カセッテ１３の筐体３１に照射開始判定部６２、ＡＥＣ部６３のいずれを使用するかをオペレータに選択させる選択スイッチを設け、選択スイッチの操作に応じて照射開始判定部６２、ＡＥＣ部６３を作動させてもよい。また、線源制御装置１１の照射信号Ｉ／Ｆ２６が接続されて同期信号等の相互通信路が確立されたか否かを検出する機能を照射信号Ｉ／Ｆ６４に設け、照射信号Ｉ／Ｆ６４で相互通信路が確立されていないと検出された場合は照射開始判定部６２を作動させ、反対に確立されたと検出された場合はＡＥＣ部６３を作動させてもよい。

電子カセッテ１３は、撮影条件および設定情報を通信Ｉ／Ｆ５５で受信して、制御部４８に入力する。制御部４８は、照射開始判定部６２を使用する設定の場合、撮影条件のうち、照射時間の情報をタイマー６１に提供する。一方、ＡＥＣ部６３を使用する設定の場合は、採光野と照射停止閾値の情報をＡＥＣ部６３に提供する。

次に、Ｘ線撮影システム２において１回のＸ線撮影を行う場合の手順を、図７〜図９を参照して説明する。最初に、線源制御装置１１の照射信号Ｉ／Ｆ２６と電子カセッテ１３の照射信号Ｉ／Ｆ６４とが有線または無線で繋げられ、線源制御装置１１と電子カセッテ１３間で同期信号等の相互通信路が確立されており、ＡＥＣ部６３でＡＥＣを行う場合について説明する。

まず、被写体を立位、臥位の各撮影台１５、１６のいずれかの所定の撮影位置にセットし、電子カセッテ１３の高さや水平位置を調節して、被写体の撮影部位と位置を合わせる。そして、電子カセッテ１３の位置および撮影部位の大きさに応じて、Ｘ線源１０の高さや水平位置、照射野の大きさを調整する。次いで線源制御装置１１とコンソール１４に撮影条件を設定する。また、コンソール１４でＡＥＣ部６３を使用する設定とする（図７のＳ１０でＹＥＳ）。これにより、ゲイン設定６０は、ＡＥＣ用のゲインの値を制御部４９の内部メモリから読み出して積分アンプ４９に設定する（図７のＳ１１）。

撮影準備が完了すると、オペレータによって照射スイッチ１２が半押し（ＳＷ１オン）される。線源制御装置１１は、照射スイッチ１２が半押しされると、ウォームアップ開始信号を高電圧発生器２０に発して、Ｘ線源１０にウォームアップを開始させる。また、線源制御装置１１は、照射開始要求信号を電子カセッテ１３に送信する。

図８において、Ｘ線撮影前、電子カセッテ１３のＦＰＤ３０はリセット動作を繰り返し行っており、照射開始要求信号を待ち受けている。ＦＰＤ３０は、線源制御装置１１から照射開始要求信号を受信すると、状態チェックを行った後に線源制御装置１１に照射許可信号を送信する。同時にＦＰＤ３０はリセット動作を終えて蓄積動作および線量検出動作を開始する。

線源制御装置１１は、ＦＰＤ３０から照射許可信号を受信し、かつ照射スイッチ１２が全押しされると、高電圧発生器２０に対して照射開始信号を発して、Ｘ線源１０にＸ線照射を開始させる。Ｘ線源１０から照射されたＸ線は被写体を透過してＦＰＤ３０に入射する。

ＦＰＤ３０では、通常画素４１ａで発生した電荷は光電変換部４２に蓄積されるが、検出画素４１ｂで発生した電荷はＴＦＴ４３が短絡されているため信号線４５から積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂに流入する。ＦＰＤ３０では、検出画素４１ｂで発生した電荷の読み出しが、ゲイン設定部６０で設定されたＡＥＣ用のゲインにて所定のサンプリング周期Δｔで繰り返し行われる。このサンプリングで得られた線量検出信号はメモリ５４に格納され、サンプリング毎にメモリ５４からＡＥＣ部６３に読み出される。

ＡＥＣ部６３は、メモリ５４から読み出した線量検出信号と、コンソール１４から提供された採光野の情報に基づいて、採光野の累積線量を計算する。そして、ＡＥＣ部６３は、採光野の累積線量と照射停止閾値とを比較して、累積線量が照射停止閾値に到達したか否かを判定する。

ＡＥＣ部６３は、採光野の累積線量が照射停止閾値を上回り、累積線量が目標線量に達したと判定すると照射停止信号を出力する。照射停止信号は線源制御装置１１に送信される。線源制御装置１１は照射停止信号を受けてＸ線源１０によるＸ線の照射を停止する。

ＦＰＤ３０では照射許可信号を送信してから通常画素４１ａで蓄積動作が行われている。ＡＥＣ部６３で採光野の累積線量が目標線量に達したと判定し、照射停止信号を出力してから所定時間経過後、ＦＰＤ３０の動作が蓄積動作から読み出し動作に移行される。これにより１枚分のＸ線画像を表す画像データがメモリ５４に出力される。読み出し動作後、ＦＰＤ３０はリセット動作に戻る。

なお、Ｘ線の照射プロファイルにおいては、照射停止信号を出力してから線量がすぐにはゼロにならずに波尾が発生する。この波尾を吸収するため、本例では照射停止信号を送信してから所定時間経過後に蓄積動作から読み出し動作に移行させている。

制御部４８の各種画像処理回路により、読み出し動作でメモリ５４に出力されたＸ線画像に対して各種画像処理が行われる。画像処理済みのＸ線画像はコンソール１４に送信され、ディスプレイ１４ｂに表示されて診断に供される。これにて１回のＸ線撮影が終了する。

続いて、コンソール１４で照射開始判定部６２を使用する設定がなされ（図７のＳ１０でＮＯ）、照射開始判定部６２でＸ線の照射開始判定を行う場合について説明する。この場合、ゲイン設定部６０は、ＡＥＣ用よりも低い照射開始判定用のゲインの値を制御部４９の内部メモリから読み出して積分アンプ４９に設定する（図７のＳ１２）。なお、照射開始判定を行う理由としては、線源制御装置１１と電子カセッテ１３とがレイアウトの関係で接続できない場合や、電子カセッテ１３を単体で使用するときに線源制御装置１１と接続する信号ケーブルが電子カセッテ１３のハンドリングの邪魔になるため接続しない場合が挙げられる。

この場合は図９に示すように、ＦＰＤ３０は、コンソール１４から撮影条件を受信したときにリセット動作を終えて線量検出動作を開始する。この際ＴＦＴ４３がオフされるので通常画素４１ａにも電荷が蓄積されるが、この電荷は照射開始判定後のリセット動作で破棄される。

またこの場合、線源制御装置１１は同期信号の送受信は行わず、照射スイッチ１２の全押しにより高電圧発生器２０に対して照射開始信号を発して、Ｘ線源１０にＸ線照射を開始させる。

ＦＰＤ３０では、検出画素４１ｂで発生した電荷の読み出しが、ゲイン設定部６０で設定されたゲインにて所定のサンプリング周期Δｔで繰り返し行われる。このサンプリングで得られた線量検出信号はメモリ５４に格納され、サンプリング毎にメモリ５４から照射開始判定部６２に読み出される。

撮影準備が整ってから実際にＸ線源１０でＸ線が照射されるまではタイムラグがあり、その間の線量検出信号は検出画素４１ｂに発生した暗電荷に基づく極めて低い値となる。実際にＸ線源１０からＸ線が照射されてＦＰＤ３０に到達すると、検出画素４１ｂが感応して発生電荷量が増え、そのときの線量検出信号の信号値が増加する。

照射開始判定部６２は、メモリ５４から読み出した線量検出信号のうちの最大値と照射開始閾値とをサンプリング毎に比較して、Ｘ線の照射が開始されたか否かを判定する。線量検出信号の最大値が照射開始閾値を上回ったとき、照射開始判定部６２から制御部４８に照射開始判定信号が出力される。

制御部４８は、照射開始判定信号を受信すると、ＦＰＤ３０にリセット動作を１回行わせた後、蓄積動作を開始させる。これによりＸ線の照射開始タイミングとＦＰＤ３０の蓄積動作開始タイミングとの同期がとられる。またこれと同時に、制御部４８のタイマー６１により計時が開始される。

タイマー６１の計時時間がコンソール１４から提供された照射時間となったとき、制御部４８は、ＦＰＤ３０の動作を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。また、線源制御装置１１は、タイマー２５の計時時間が設定された照射時間となったとき、Ｘ線源１０によるＸ線の照射を停止させる。以降の処理は図８に示す場合と同様であるため説明を省略する。

ＡＥＣ部６３を使用する場合は、比較的高いゲインがゲイン設定部６０により積分アンプ４９に設定される。一方、照射開始判定部６２を使用する場合は、ＡＥＣ部６３を使用する場合と同じかそれよりも高いゲインとすると、線量検出信号にランダムノイズが乗っていた場合に線量検出信号だけでなくランダムノイズも大きく嵩上げされて照射開始閾値を上回ってしまい、実際はＸ線が照射されていないにも関わらずＸ線が照射されたと誤って判定する確率が高まる。このため、照射開始判定部６２を使用する場合はＡＥＣ部６３を使用する場合よりも低いゲインを設定する。

ＡＥＣでは被写体を透過した後のＸ線に基づく比較的低い値の線量検出信号を扱わなければならない。特に体厚が厚い被写体の場合は採光野に存在する検出画素４１ｂからの線量検出信号の値は非常に低くなる。このため、ＡＥＣ部６３を使用する場合は、線量検出信号をＡＥＣ部６３で扱うことができるレベルの値とするために積分アンプ４９のゲインが高く設定される。

ＡＥＣはＸ線の照射中に線量検出信号の積算値を監視してＸ線の照射を停止する制御を行うので、複数回のサンプリングで得られた線量検出信号を積算してこの積算値と照射停止閾値とを比較することになる。複数回のサンプリングで得られた線量検出信号に重畳されるランダムノイズには、線量検出信号の信号値を増加させるプラス成分のランダムノイズと、信号値を減少させるマイナス成分のランダムノイズが混在しているので、各回のサンプリングで得られた線量検出信号の積算の過程でランダムノイズによる信号成分の増減が相殺され、結果的にランダムノイズが目立たなくなる。したがって、ＡＥＣでは積分アンプ４９のゲインを高く設定しても、積算値の信号成分が増加する結果となるため高いＳ／Ｎ比を確保することができる。

これに対して、照射開始判定は、Ｘ線の照射プロファイルの立ち上がり期間に相当する一瞬のタイミングの線量検出信号を用いて判定するため、ランダムノイズのプラス成分またはマイナス成分の相殺の度合いが少ない。本例のように各回のサンプリングで得られた線量検出信号に基づき判定を行う場合は、ランダムノイズのプラス成分またはマイナス成分は相殺されずダイレクトに線量検出信号のＳ／Ｎ比に効いてくる。ＡＥＣ時と同じく何回かのサンプリングで得られた線量検出信号を積算し、この積算値に基づき照射開始判定をするにしても、サンプリング期間が短いためにランダムノイズのプラス成分またはマイナス成分の相殺の度合いはＡＥＣ時と比べて少なくなる。したがって、積分アンプ４９のゲインをＡＥＣの場合と同等かそれよりも高く設定すると、ランダムノイズのプラス成分またはマイナス成分の増幅分が判定結果に大きく影響してしまう。本発明では、照射開始判定部６２を使用する場合にＡＥＣ部６３を使用する場合よりも積分アンプ４９のゲインを低く設定するので、ランダムノイズによって照射開始時にと誤判定が生じてしまうことを低減することができる。

上記第１実施形態では、照射開始判定とＡＥＣのいずれか一方を行う場合を例示したが、１回の撮影で両方を行っても構わない。また、積分アンプ４９のゲインを変更する例を記載したが、増幅器５３としてゲイン可変アンプを用い、この増幅器５３のゲインを変更してもよい。

[第２実施形態]
上記第１実施形態では、照射開始判定部６２、ＡＥＣ部６３のいずれを使用するときも、線量検出信号のサンプリング周期を読み出し動作時と同じΔｔとしているが、このサンプリング周期を、照射開始判定部６２を使用するときと、ＡＥＣ部６３を使用するときとで変更してもよい。

具体的には図１０に示すように、照射開始判定部６２を使用するときの線量検出信号のサンプリング周期を、上記第１実施形態のΔｔよりも短いΔｔ’とする。Δｔ’は例えばΔｔの１／２の短さの時間である。制御部４８は、照射開始判定部６２を使用する場合はサンプリング周期がΔｔ’、ＡＥＣ部６３を使用する場合はサンプリング周期がΔｔとなるよう信号処理回路４７の各部の動作を制御する。照射開始判定時の線量検出信号のサンプリング周期を短くすることで、照射開始判定をより迅速に行うことができる。

なお、ＡＥＣ時のサンプリング周期を、例えばΔｔの２倍の時間にする等して長くしてもよい。ＡＥＣで扱う線量検出信号は被写体を透過したＸ線に基づく比較的低い値となる場合が多いため、サンプリング周期を長くすれば１回のサンプリングで得られる線量検出信号の値を高くすることができる。

また、照射開始判定時、ＡＥＣ時に限らず、比較的低い管電流が設定された場合や被写体の体厚が比較的厚い撮影部位が選択された場合等、線量検出信号の値が基準よりも低くなることが見込まれる場合に、線量検出信号のサンプリング周期を若干長くする等、管電流や被写体の体厚（撮影部位）に応じて線量検出信号のサンプリング周期を微調整してもよい。例えば図１０に点線で囲むように、照射開始判定部６２を使用するときのサンプリング周期をΔｔ’とした場合に、管電流が基準値よりも低い場合や被写体の体厚が厚い場合はサンプリング周期をΔｔ’+αとする。逆に管電流が高い場合や被写体の体厚が薄い場合はサンプリング周期をΔｔ’-αとする。同様に積分アンプ４９のゲインも管電流や被写体の体厚に応じて微調整してもよい。例えば管電流が基準値よりも低い場合や被写体の体厚が厚い場合はゲインを若干上げ、逆の場合は若干下げる。

[第３実施形態]
上記第１実施形態では、ＴＦＴ４３のソース電極とドレイン電極が短絡された検出画素４１ｂを例示しているが、ＴＦＴ４３がなく光電変換部４２が直接信号線４５に接続された画素を検出画素としてもよい。また、図１１に示す検出画素４１ｃとしてもよい。なお、上記第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

図１１において、ＦＰＤ９０は、通常画素４１ａのＴＦＴ４３を駆動する走査線４４およびゲートドライバ４６とは別の走査線９１およびゲートドライバ９２により駆動されるＴＦＴ９３が接続された検出画素４１ｃを有する。検出画素４１ｃはＴＦＴ９３が接続されているので、同じ行の通常画素４１ａがＴＦＴ４３をオフ状態とされ蓄積動作中であっても電荷を読み出すことが可能である。

線量検出動作において、ゲートドライバ９２は、制御部４８の制御の下、同じ行のＴＦＴ９３を一斉に駆動するゲートパルスｇ１、ｇ２、ｇ３、・・・、ｇｋ（ｋ＜ｎ）を所定の間隔で順次発生して、走査線９１を１行ずつ順に活性化し、走査線９１に接続されたＴＦＴ９３を１行分ずつ順次オン状態とする。オン状態となる時間は、ゲートパルスのパルス幅で規定されており、ＴＦＴ９３はパルス幅で規定された時間が経過するとオフ状態に復帰する。検出画素４１ｃの光電変換部４２で発生した電荷は、ＴＦＴ４３のオンオフに関わらず、ＴＦＴ９３がオン状態の間、信号線４５を介して積分アンプ４９のキャパシタ４９ｂに流入する。積分アンプ４９に蓄積された検出画素４１ｃからの電荷はＡ／Ｄ５２に出力され、Ａ／Ｄ５２で線量検出信号に変換される。その後の処理は上記第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態における線量検出信号のサンプリング周期は、ＴＦＴ９３をオフして検出画素４１ｃへの電荷蓄積を開始してから、ＴＦＴ９３にゲートパルスを与えて検出画素４１ｃの蓄積電荷を信号線４５に出力するまでの間、言い換えれば検出画素４１ｃの電荷蓄積期間である。この場合、各行のＴＦＴ９３にゲートパルスｇ１、ｇ２、ｇ３、・・・、ｇｋを与えると全検出画素４１ｂからの線量検出信号がメモリ５４に記録される。

本実施形態で第２実施形態のように線量検出信号のサンプリング周期を変更する場合は、各行のＴＦＴ９３にゲートパルスを与える間隔を変更し、検出画素４１ｃの電荷蓄積期間を変更すればよい。

[第４実施形態]
なお、ＦＰＤ９０では、ＴＦＴ９３をオフにしておけば検出画素４１ｃを通常画素４１ａとしても用いることができる。そこで、図１２に示すように検出画素４１ｃを撮像領域４０に格子状に多数設けて、各検出画素４１ｃのＴＦＴ９３を選択的にオンオフ可能な構成とし、照射開始判定のときとＡＥＣのときとで検出画素４１ｃの配置および個数を変更してもよい。

照射開始判定のときには、図１３（Ａ）に示すように、撮像領域４０の全面に満遍なく散らばった検出画素４１ｃを選択的に駆動する。一方ＡＥＣのときには、図１３（Ｂ）に示すように、例えば撮影部位が胸部の場合に採光野となる肺野にあたる撮像領域４０の部分に密集して存在する検出画素４１ｃを選択的に駆動する。図１３（Ａ）では、照射開始判定時の線量検出信号のＳ／Ｎ比を高めるため、１列に配置される検出画素４１ｃを複数個としている。１列に配置される検出画素４１ｃの個数を多くすることで、線量検出信号の信号成分の絶対値が大きくなり、結果として線量検出信号のＳ／Ｎ比が高まる。また、図１３（Ｂ）では、検出画素４１ｃの単位面積当たりの個数を図１３（Ａ）よりも多くし、検出画素４１ｃを特定箇所に密集させている。このように検出画素の配置や個数を照射開始判定時とＡＥＣ時で変更することで、各用途に適したレベルの線量検出信号を得ることができる。

上記第１実施形態のＴＦＴ４３のソース電極とドレイン電極が短絡された検出画素４１ｂに本実施形態を適用する場合は、検出画素４１ｂを撮像領域４０の全面に満遍なく散らばるよう配置し、かつＡＥＣの採光野に相当する撮像領域４０の特定箇所には検出画素４１ｂを密集して配置し、図１３（Ａ）、（Ｂ）の検出画素４１ｃの配置をミックスしたような配置とする。そして、照射開始判定時には前者の検出画素４１ｂからの線量検出信号をメモリ５４から照射開始判定部６２に選択的に読み出して判定を行い、ＡＥＣ時には後者の検出画素４１ｂからの線量検出信号をメモリ５４からＡＥＣ部６３に選択的に読み出してＡＥＣを行う。

なお、積分アンプ４９のゲインや線量検出信号のサンプリング周期と同様に、照射開始判定時、ＡＥＣ時に限らず、管電流や被写体の体厚に応じて、メモリ５４から選択的に読み出す線量検出信号（第１実施形態の場合）や駆動する検出画素４１ｃ（第４実施形態の場合）を変更してもよい。例えば管電流が基準値よりも低い場合や胸部や腹部等の比較的面積が大きく厚みが厚い撮影部位の場合は、撮像領域４０の全面に満遍なく散らばるよう配置された検出画素４１ｂからの線量検出信号をメモリ５４から選択的に読み出すか、撮像領域４０の全面に満遍なく散らばった検出画素４１ｃを選択的に駆動する。対して管電流が基準値よりも高い場合や手や指等の比較的面積が小さく厚みが薄い撮影部位の場合は、撮像領域４０の特定箇所に配置された検出画素４１ｂからの線量検出信号をメモリ５４から選択的に読み出すか、撮像領域４０の特定箇所に密集して存在する検出画素４１ｃを選択的に駆動する。

上記実施形態では、採光野の累積線量が照射停止閾値に達したら照射停止信号を出力しているが、採光野の累積線量が照射停止閾値に達すると予測される時間を算出し、算出した予測時間に達したときに照射停止信号を線源制御装置に送信する、あるいは予測時間の情報そのものを線源制御装置に送信してもよい。後者の場合、線源制御装置は予測時間を計時し、予測時間に達したらＸ線の照射を停止させる。

なお、ＦＰＤの各画素にバイアス電圧を供給するバイアス線に画素で発生する電荷に基づく電流が流れることを利用して、ある特定の画素に繋がるバイアス線の電流をサンプリングして線量を検出してもよい。この場合はバイアス線の電流をサンプリングする画素が線量検出センサとなる。同様に画素から流れ出るリーク電流をサンプリングして線量を検出してもよく、この場合もリーク電流をサンプリングする画素が線量検出センサとなる。また、画素とは別に構成が異なり出力が独立した線量検出センサを撮像領域に設けてもよい。

上記実施形態では、コンソール１４と電子カセッテ１３が別体である例で説明したが、コンソール１４は独立した装置である必要はなく、電子カセッテ１３にコンソール１４の機能を搭載してもよい。また、電子カセッテ１３の機能の一部をコンソール１４にもたせてもよい。さらに、電子カセッテ１３とコンソール１４に加えて、コンソール１４が有する電子カセッテ１３を制御する機能の一部を実行する撮影制御装置を電子カセッテ１３とコンソール１４の間に設けてもよい。

上記実施形態では、ＴＦＴ型のＦＰＤを例示しているが、ＣＭＯＳ型のＦＰＤを用いてもよい。ＣＭＯＳ型の場合、画素に蓄積される信号電荷を信号線に流出させることなく、各画素に設けられたアンプを通じて電圧信号として読み出す、いわゆる非破壊読み出しが可能である。そのため蓄積動作中においても、撮像領域内の任意の画素を選択して、その画素から電圧信号を読み出すことにより線量の測定が可能である。したがって、ＣＭＯＳ型ＦＰＤを使用する場合には、上記検出画素のように、線量測定専用の画素を設けることなく、通常の画素のいずれかを検出画素として兼用させることが可能となる。

また、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテに限らず、撮影台に据え付けるタイプのＸ線画像検出装置に適用してもよい。さらに、本発明は、Ｘ線に限らず、γ線等の他の放射線を撮影対象とした場合にも適用することができる。

２ Ｘ線撮影システム
１０ Ｘ線源
１１ 線源制御装置
１３ 電子カセッテ
１４ コンソール
３０、９０ ＦＰＤ
３１ 筐体
４０ 撮像領域
４１ 画素
４１ａ 通常画素
４１ｂ、４１ｃ 検出画素
４３、９３ ＴＦＴ
４４、９１ 走査線
４５ 信号線
４６、９２ ゲートドライバ
４８ 制御部
６０ ゲイン設定部
６２ 照射開始判定部
６３ ＡＥＣ部

Claims (10)

1. 放射線源から照射されて被写体を透過した放射線の線量に応じた電荷を蓄積し、蓄積した電荷を信号線に出力する画素が配置された撮像領域を有するＦＰＤと、
   放射線の線量に応じた線量検出信号を出力する線量検出センサと、
   前記線量検出信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器で増幅された前記線量検出信号に基づき放射線の照射開始を判定する照射開始判定部と、
   前記増幅器で増幅された前記線量検出信号に基づき放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定するＡＥＣ部と、
   前記照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際の前記増幅器のゲインを、前記ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際よりも低く設定する制御部とを備えることを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記制御部は、前記放射線源に設定される管電流および被写体の体厚の少なくとも一方に応じて前記ゲインを変更す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。
3. 前記制御部は、前記照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際の前記線量検出信号のサンプリング周期を、前記ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際よりも短く設定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。
4. 前記制御部は、前記放射線源に設定される管電流および被写体の体厚の少なくとも一方に応じて前記線量検出信号のサンプリング周期を変更することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
5. 前記照射開始判定部により放射線の照射開始を判定する際は、前記撮像領域の全体にわたって分散配置された前記線量検出センサを選択して、その線量検出信号に基づき判定を行い、
   前記ＡＥＣ部により放射線の累積線量が目標線量に達したか否かを判定する際は、診断時に最も注目すべき関心領域に該当する前記撮像領域の部分に配置された前記線量検出センサを選択して、その線量検出信号に基づき判定を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
6. 前記放射線源に設定される管電流および被写体の体厚の少なくとも一方に応じて、判定に用いる前記線量検出センサを選択することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
7. 前記線量検出センサは前記画素の一部を利用した形態であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
8. 前記画素には、放射線を受けて信号電荷を蓄積し、スイッチング素子の駆動に応じて信号電荷を前記信号線に出力する通常画素と、
   短絡線で前記信号線に直接接続、または前記スイッチング素子がなく前記信号線に直接接続された検出画素とがあり、
   前記検出画素を前記線量検出センサとして用いることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
9. 前記画素には、放射線を受けて信号電荷を蓄積し、スイッチング素子の駆動に応じて信号電荷を前記信号線に出力する通常画素と、
   前記通常画素とは別に駆動するスイッチング素子が設けられた検出画素とがあり、
   前記検出画素を前記線量検出センサとして用いることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像検出装置。
10. 前記ＦＰＤが可搬型の筐体に収納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９のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。

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