JP2015051207A - 放射線撮影システムおよびその作動方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】放射線画像検出装置の消費電力を低く抑えつつ、放射線画像検出装置の選択が誤っていた場合にはそのことを報せることができる放射線撮影システムを提供する。
【解決手段】X線撮影システム2は2台の電子カセッテ12a、12bを備える。コンソール14は、電子カセッテ12a、12bのうち、撮影に使用する1台を選択する際に操作される。撮影に使用すると選択された電子カセッテは、第1動作として、1フレーム分の画素リセット動作を間断なく行う。一方、選択されなかった電子カセッテは、第1動作よりも1フレーム分の画素リセット動作の間隔を空けて、低い消費電力で、X線が照射されたか否かを検出するための第2動作を行う。第2動作でX線の照射が検出された場合、コンソール14は、電子カセッテの選択が誤っていたことを報せる警告ウィンドウを表示する。
【選択図】図1

Description

本発明は、放射線画像を撮影する放射線撮影システムおよびその作動方法に関する。
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、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(患者)に向けて照射するX線源、およびX線源の駆動を制御する線源制御装置を有している。X線撮影装置は、被写体を透過したX線に基づくX線画像を検出するX線画像検出装置、X線画像検出装置の駆動制御を行う撮影制御装置、および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線画像検出装置は、X線画像を電気信号として検出するセンサパネル(フラットパネルディテクタ(FPD;flat panel detector)とも呼ばれる)と、制御基板とを備える。センサパネルには、X線に感応して信号電荷を蓄積する画素が2次元に配列されている。制御基板は、信号電荷を画素から行単位で読み出すためのゲートドライバや、読み出した信号電荷を、X線画像を構成する画像信号に変換する信号処理部、これらを通じてセンサパネルの動作を制御する制御部などを有している。
X線画像検出装置は、1つの撮影室において、立位姿勢、臥位姿勢などの撮影用途に応じて複数台用意されている場合が多い。X線撮影に際しては、被写体を所望の位置にポジショニングした後、複数台のX線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台のX線画像検出装置を放射線技師などのオペレータがコンソールで選択する。このとき、オペレータの手違いで、本来選択すべきX線画像検出装置(被写体をポジショニングしたほうのX線画像検出装置)とは違う他のX線画像検出装置(被写体がポジショニングされていないほうのX線画像検出装置)を選択していまい、結果として被写体が写り込んでいないX線画像が取得されてしまうことがあった。この問題を解決するために、特許文献1に記載の放射線撮影システムが提案されている。
特許文献1では、オペレータによる選択の有無に関わらず、コンソールで選択可能な全てのX線画像検出装置にX線画像を検出する動作を行わせている。そして、全てのX線画像検出装置から得られたX線画像の中から、被写体が写り込んだ有意なX線画像を自動的に選定、またはオペレータに選定させている。有意なX線画像が、選択したX線画像検出装置から出力されたものでなかった場合には、スピーカによる音声や、コンソールのディスプレイの画面表示により警告を発して、X線画像検出装置の選択が誤っていたことをオペレータに報せている。
特開2011−177348号公報
特許文献1に記載の放射線撮影システムによれば、オペレータが選択を誤った場合でも、確実に有意なX線画像を取得することができる。しかしながら、特許文献1では、コンソールで選択可能な全てのX線画像検出装置にX線画像を検出する動作を行わせているので、X線が照射されて有意なX線画像を出力するX線画像検出装置以外の他のX線画像検出装置の消費電力が無駄になる。
X線画像検出装置には、撮影制御装置などの他の装置との接続を無線で行い、内蔵バッテリで電力を賄うものがある。こうしたX線画像検出装置に特許文献1に記載の方法を適用した場合、消費電力が嵩むのでバッテリ残量がすぐに尽きてしまい、撮影に使用していないにも関わらず頻繁にバッテリの充電を行う必要があるなど煩わしい。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、複数台の放射線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台の放射線画像検出装置を選択する場合、選択されていない放射線画像検出装置の消費電力を低く抑えつつ、放射線画像検出装置の選択が誤っていた場合にはそのことを報せることができる放射線撮影システムおよびその作動方法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、本発明の放射線撮影システムは、複数台の放射線画像検出装置と、複数台の放射線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台の放射線画像検出装置を選択する操作入力装置と、表示装置とを備える。放射線画像検出装置は、放射線発生装置から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する画素が2次元に配列されたセンサパネルと、信号電荷を画像信号に変換して放射線画像を生成する信号処理部と、放射線画像の検出の準備のための第1動作、または第1動作よりも低い消費電力で放射線が照射されたか否かを検出するための第2動作を行わせる制御部とを有する。表示装置は、第2動作で放射線の照射が検出された場合に、操作入力装置による放射線画像検出装置の選択が誤っていたことを報せる。
放射線画像検出装置は、撮影に使用するために選択されたことを示す選択信号、または選択されなかったことを示す非選択信号を操作入力装置から受信する通信部を有することが好ましい。制御部は、通信部で選択信号が受信された場合は第1動作、通信部で非選択信号が受信された場合は第2動作をそれぞれ行わせる。
放射線画像検出装置は、通信部で選択信号または非選択信号が受信される前は、信号処理部への電力供給が停止された状態であり、通信部で選択信号または非選択信号が受信されたときに信号処理部への電力供給が開始されて、第1動作または第2動作が開始されることが好ましい。
放射線画像検出装置は、通信部を介して他の装置と無線接続を行い、内蔵バッテリで電力を賄うものであることが好ましい。
制御部は、第1動作として、放射線の照射開始を検出する照射開始検出動作を行わせることが好ましい。具体的には、制御部は、第1動作として、画素に蓄積された電荷を掃き出す画素リセット動作をセンサパネルに行わせる。この場合、信号処理部は、画素リセット動作で画素から掃き出された電荷を、センサパネルに到達する放射線の線量を表す線量信号に変換する。放射線画像検出装置は、線量信号と予め設定された判定閾値の大小比較の結果に応じて、放射線の照射が開始されたか否かを判定する判定部を有する。制御部は、判定部で放射線の照射が開始されたと判定した場合、信号電荷を画素に蓄積させる蓄積動作をセンサパネルに行わせる。
また、制御部は、第2動作として、例えば、画素に蓄積された電荷を掃き出す画素リセット動作をセンサパネルに行わせる。この場合、信号処理部は、画素リセット動作で画素から掃き出された電荷を、センサパネルに到達する放射線の線量を表す線量信号に変換する。放射線画像検出装置は、線量信号と予め設定された判定閾値の大小比較の結果に応じて、放射線が照射されたか否かを判定する判定部を有する。
制御部は、第1動作として、例えば、画素の先頭行から最終行に向かって1行ずつ順次電荷を掃き出し、最終行の電荷が掃き出されて1フレーム分の電荷の掃き出しが終了すると、再び先頭行に戻って電荷の掃き出しを繰り返す順次画素リセット動作をセンサパネルに行わせる。
制御部は、第2動作として、第1動作と同様に順次画素リセット動作をセンサパネルに行わせることが好ましい。この場合、制御部は、第2動作における1フレーム分の順次画素リセット動作を、第1動作の場合よりも間隔を空けて行わせる。あるいは、第2動作における1行分の順次画素リセット動作を、第1動作の場合よりも間隔を空けて行わせてもよい。
もしくは、制御部は、第2動作として、隣接する複数行の画素の電荷をまとめて掃き出すビニング画素リセット動作をセンサパネルに行わせることが好ましい。あるいは、第2動作として、特定の行の画素の電荷を選択的に掃き出す選択的画素リセット動作をセンサパネルに行わせてもよい。
前回の撮影で画素に残留した電荷に基づく残像量と、前回の撮影からの経過時間との関係を表す残像量情報を元に、次回の撮影の残像量を推定して、推定した残像量に基づき、放射線画像に対して残像補正処理を施す残像補正処理装置を備えることが好ましい。残像補正処理装置は、第2動作で放射線の照射が検出された場合に、その際に生じた残像量を反映させて残像量情報を変更し、変更した残像量情報で推定を行う。
この場合、残像補正処理装置は、操作入力装置で撮影に使用すると選択されなかった非選択放射線画像検出装置を用いて誤って撮影が行われた時刻と、非選択放射線画像検出装置を撮影に使用すると選択し直して再度撮影が行われた時刻の情報に基づき、残像量情報を変更する。
本発明の放射線撮影システムの作動方法は、放射線画像を検出する複数台の放射線画像検出装置と、操作入力装置と、表示装置とを備える放射線撮影システムの作動方法において、複数台の放射線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台の放射線画像検出装置を操作入力装置で選択する選択ステップと、選択ステップで選択された放射線画像検出装置で、放射線画像の検出の準備のための第1動作を行う第1動作ステップと、選択ステップで選択されていない放射線画像検出装置で、第1動作よりも低い消費電力で放射線が照射されたか否かを検出するための第2動作を行う第2動作ステップと、第2動作ステップで放射線の照射が検出された場合に、選択ステップにおける放射線画像検出装置の選択が誤っていたことを、表示装置により報せる表示ステップとを備えている。
本発明によれば、複数台の放射線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台の放射線画像検出装置を選択する場合、撮影に使用するために選択されなかった放射線画像検出装置で、撮影に使用するために選択された放射線画像検出装置で行われる第1動作よりも低い消費電力で放射線が照射されたか否かを検出するための第2動作を行い、第2動作で放射線の照射が検出された場合に、放射線画像検出装置の選択が誤っていたことを報せるので、選択されていない放射線画像検出装置の消費電力を低く抑えつつ、放射線画像検出装置の選択が誤っていた場合にはそのことを報せることができる。
X線撮影システムの概略図である。 撮影条件テーブルを示す図である。 撮影に使用する電子カセッテを選択する様子を示す図であり、電子カセッテの選択が正しい場合を示す。 撮影に使用する電子カセッテを選択する様子を示す図であり、電子カセッテの選択が誤っている場合を示す。 電子カセッテを示す斜視図である。 電子カセッテの内部構成を示すブロック図である。 選択カセッテにおける電力供給の状態、およびセンサパネルと判定部の動作の推移を示す図である。 非選択カセッテにおける電力供給の状態、およびセンサパネルと判定部の動作の推移を示す図である。 画像読み出し動作におけるゲートパルスの発生タイミングを示す図である。 電子カセッテの選択が誤っていた場合に、コンソールのディスプレイに表示される警告ウィンドウを示す図である。 第1動作および第2動作の概要を示す図であり、(A)は第1動作、(B)は第2動作をそれぞれ示す。 図11(A)の第1動作におけるゲートパルスの発生タイミングを示す図である。 図11(B)の第2動作におけるゲートパルスの発生タイミングを示す図である。 X線の照射プロファイルおよび線量信号の差分の推移、並びに判定の様子を示す図である。 コンソールの動作の推移を示すフローチャートである。 選択カセッテの動作の推移を示すフローチャートである。 非選択カセッテの動作の推移を示すフローチャートである。 残像補正処理回路を設けた第2実施形態の電子カセッテの内部構成を示すブロック図である。 通常の場合の前回の撮影で画素に残留した電荷に基づく残像量と、前回の撮影からの経過時間との関係を表すグラフである。 残像補正処理の概要を示す図である。 電子カセッテの選択が誤っていて、電子カセッテを再度選択して再度撮影を行った場合の、前回の撮影で画素に残留した電荷に基づく残像量と、前回の撮影からの経過時間との関係を表すグラフである。 残像量情報の変更の概要を示す図である。 第3実施形態に係る第2動作におけるゲートパルスの発生タイミングを示す図である。 第4実施形態に係る第2動作におけるゲートパルスの発生タイミングを示す図である。 図12および図24を簡略化した図であり、(A)は第1動作、(B)は第2動作をそれぞれ示す。 第5実施形態に係る第2動作におけるゲートパルスの発生タイミングを示す図である。
[第1実施形態]
図1において、X線撮影システム2は、X線撮影装置10とX線発生装置11とを備える。X線撮影装置10は、可搬型のX線画像検出装置であり、被写体(患者)Hを透過したX線を検出してX線画像を出力する2台の電子カセッテ12a、12bと、電子カセッテ12a、12bの駆動制御を行う撮影制御装置13と、X線画像の保存や表示処理を担うコンソール14とで構成されている。X線発生装置11は、被写体Hに向けてX線を照射するX線源15と、X線源15の駆動を制御する線源制御装置16とで構成されている。
X線撮影装置10とX線発生装置11は電気的に接続されていない。したがってこれらの装置が同期して動作するための信号は、これらの装置間で遣り取りされない。その代わりに、電子カセッテ12a、12bには、X線の照射開始を検出する機能が備えられており、この照射開始検出機能により、X線発生装置11によるX線の照射開始タイミングと電子カセッテ12a、12bの動作タイミングとの同期をとることが可能となっている。
電子カセッテ12a、12bは、被写体Hを立位姿勢で撮影するための立位撮影台17のホルダ17aや、被写体Hを臥位姿勢で撮影するための臥位撮影台18のホルダ18aに着脱自在に取り付けられる。図1では、電子カセッテ12aが立位撮影台17のホルダ17aに、電子カセッテ12bが臥位撮影台18のホルダ18aにそれぞれ取り付けられ、電子カセッテ12aを用いてX線撮影を行っている状態を示している。図1に示す取り付け状態とは逆に、電子カセッテ12aを臥位撮影台18のホルダ18aに、電子カセッテ12bを立位撮影台17のホルダ17aに付け替えることも可能である。なお、電子カセッテ12a、12bは同じ構成を有するため、以下の説明では、特に区別が必要ない場合はこれらをまとめて「電子カセッテ12」と表現する。
電子カセッテ12は、前面34a(図5参照)がX線源15と対向する姿勢で各撮影台17、18のホルダ17a、18aに保持される。被写体Hは、撮影部位がX線源15と電子カセッテ12との間に位置するよう、オペレータによりポジショニングされる。X線源15は、線源移動装置(図示せず)により所望の方向および位置にセット可能であり、X線源15は立位撮影台17および臥位撮影台18で共用される。なお、各撮影台17、18用にX線源15を2台設けてもよい。
コンソール14は、キーボードやマウスといった入力デバイス14a、ディスプレイ14b、ストレージデバイス14cなどを有する。入力デバイス14aは、撮影条件などのオペレータからの各種操作指示を受け付ける。操作指示には、2台の電子カセッテ12a、12bのうち、撮影に使用する1台の電子カセッテ12を選択する指示も含まれる。コンソール14は操作入力装置に相当する。
ディスプレイ14bは、電子カセッテ12で検出したX線画像を表示する他、撮影条件の入力画面といった各種操作画面を表示する。ストレージデバイス14cは例えばハードディスクドライブであり、電子カセッテ12からのX線画像やX線撮影に必要な各種情報を記憶する。なお、X線画像は、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(図示せず)に記憶することも可能である。
ストレージデバイス14cには、電子カセッテ12a、12bを識別するためのIDが記憶されている。IDは、電子カセッテ12a、12bの購入時に、オペレータが入力デバイス14aを介して手入力するか、電子カセッテ12a、12bに取り付けられたバーコードやRFIDタグなどをリーダ(図示せず)で読み取ることにより入力される。コンソール14は、このIDによって、入力デバイス14aで撮影に使用する1台の電子カセッテ12として選択されたものが、電子カセッテ12a、12bのどちらかを判断する。
コンソール14は、被写体Hの性別、年齢、頭部、胸部、腹部、手、指といった撮影部位など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、病院情報システム(HIS;Hospital Information System)や放射線情報システム(RIS;Radiology Information System)などの、被写体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(図示せず)から入力される。検査オーダは、入力デバイス14aを介してオペレータが手動入力することも可能である。
X線源15は、X線を発生するX線管15aと、X線管15aから発生されたX線の被写体Hへの照射野を限定する照射野限定器(コリメータともいう)15bとを有する。X線管15aには、フィラメント、ターゲット、グリッド電極など(いずれも図示せず)が設けられている。陰極であるフィラメントと陽極であるターゲットの間には電圧(管電圧)が印加される。フィラメントはこの管電圧に応じた熱電子を生成する。生成された熱電子はターゲットに向けて放出される。ターゲットはフィラメントからの熱電子が衝突することによりX線を放射する。グリッド電極はフィラメントとターゲットの間に配置されており、印加される電圧に応じてフィラメントからターゲットに向かう熱電子の流量(管電流)を変更する。
照射野限定器15bは、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部に形成されたものである。各鉛板の位置が変わることで照射開口の大きさが変化し、これによりX線の照射野が変更される。
線源制御装置16は、管電圧およびグリッド電極に印加する電圧を発生する電圧発生部16aと、この電圧発生部16aの動作を制御することにより、管電圧、管電流、およびX線の照射時間を制御する制御部16bとを有する。また、線源制御装置16には、オペレータがX線の照射条件を入力するためのタッチパネル19と、X線源15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20とが接続されている。
タッチパネル19を通じて入力される照射条件には、管電圧、管電流、およびX線の照射時間が含まれる。制御部16bは、胸部用、腹部用といった典型的な照射条件が予め数種類格納されたメモリ(図示せず)を有する。制御部16bは、メモリから典型的な照射条件を読み出して、タッチパネル19に羅列して表示する。オペレータは、タッチパネル19に表示された典型的な照射条件の中から、所望の照射条件を選択して入力する。選択入力した典型邸な照射条件を微調整することも可能である。制御部16bは、タッチパネル19から入力された照射条件に基づき、電圧発生部16aで発生する管電圧、グリッドに印加する電圧、および管電圧を印加する時間、すなわちX線の照射時間を制御する。
照射スイッチ20は2段押下型である。照射スイッチ20は、1段目まで押された(半押しされた)ときウォームアップ指示信号を発生し、2段目まで押された(全押しされた)とき照射開始指示信号を発生する。これら各信号は制御部16bに入力される。
ウォームアップ指示信号が入力された場合、制御部16bは、電圧発生部16aを動作させてX線源15のウォームアップを開始させる。具体的には、フィラメントに所定の電圧を印加させてフィラメントを予熱し、同時にターゲットの回転を開始させる。このとき、グリッド電極には、フィラメントで生成された熱電子がターゲットに到達してX線が放射されないような電圧が印加される。フィラメントの予熱が完了し、ターゲットが規定の回転数となったときにウォームアップが終了する。
照射開始指示信号が入力された場合、制御部16bは、電圧発生部16aを動作させてX線源15によるX線の照射を開始させる。具体的には、照射条件で設定された管電圧をターゲットに印加させた後、照射条件で設定された管電流に応じた電圧をグリッド電極に印加させる。
制御部16bはX線の照射が開始されたときに計時を開始するタイマー21を有する。タイマー21で計時した時間が照射条件で設定された照射時間となった場合、制御部16bは、電圧発生部16aを動作させてX線源15によるX線の照射を停止させる。具体的には、グリッド電極に印加する電圧をウォームアップ時の印加電圧に切り替えさせ、続いてターゲットに対する電圧印加を停止させ、最後にフィラメントに対する電圧印加を停止させる。なお、制御部16bは、安全規制上、線源制御装置16に設定されている最大照射時間となった場合も、タイマー21で計時した時間が照射条件で設定された照射時間となった場合と同様にX線の照射を停止させる。
撮影制御装置13は、制御部13aと通信部13bとを有する。通信部13bは、電子カセッテ12とコンソール14間の情報の送受信を中継する。電子カセッテ12とコンソール14間で遣り取りされる情報には、X線画像や撮影条件の情報、選択信号および非選択信号(図3および図4など参照)などがある。
図2において、コンソール14のストレージデバイス14cには、撮影条件テーブル25が格納されている。撮影条件には、撮影部位、被写体Hの性別、年齢、被写体Hの体厚などの被写体Hに関する情報(図2では撮影部位のみ図示)と、X線源15が照射するX線の照射条件とが含まれる。照射条件は、上述の通り管電圧、管電流、およびX線の照射時間を含み、撮影部位や被写体Hに関する情報を考慮して決められる。
撮影条件テーブル25には、胸部や腹部などの撮影部位と、撮影部位に応じた照射条件との対応関係が記録されており、入力デバイス14aを介してオペレータが撮影部位を選択すると対応する照射条件が読み出されてディスプレイ14bに表示される。撮影条件テーブル25から読み出した照射条件の各値を、被写体Hの性別、年齢、体厚に応じて微調整することも可能である。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入力デバイス14aで入力する。設定された撮影条件の情報は、コンソール14から撮影制御装置13に送信され、撮影制御装置13から電子カセッテ12に転送される。線源制御装置16には、コンソール14に入力したものと同じ照射条件がタッチパネル19を通じてオペレータにより設定される。なお、撮影条件テーブル25では、管電流と照射時間が個別に記録されているが、管電流と照射時間の積でX線の照射線量の総量が決まるため、両者の積である管電流照射時間積(mAs値)の値を記録しておいてもよい。
図3および図4において、コンソール14は、電子カセッテ12a、12bのうち、撮影に使用する1台の電子カセッテ12を選択する際に、ディスプレイ14bに選択画面26を表示させる。選択画面26には、電子カセッテ12aを選択するためのアイコン27aと、電子カセッテ12bを選択するためのアイコン27bが設けられている。これらのアイコン27a、27bは、一方を選択すると他方は自動的に選択が解除され、いずれかが択一的に選択される。図3および図4では、ハッチングで示すように、いずれもアイコン27aが選択されている。
コンソール14は、電子カセッテ12a、12bのうち、撮影に使用するために選択された電子カセッテ12に対して、選択されたことを示す選択信号を送信する。他方、撮影に使用すると選択されなかった電子カセッテ12に対しては、選択されなかったことを示す非選択信号を送信する。なお、以下の説明では、撮影に使用すると選択された電子カセッテ12を選択カセッテ、選択されなかった電子カセッテ12を非選択カセッテという。図3および図4では、アイコン27aが選択されているので、電子カセッテ12aが選択カセッテ、電子カセッテ12bが非選択カセッテであり、電子カセッテ12aに選択信号、電子カセッテ12bに非選択信号が送信されている。
図3では、選択カセッテである電子カセッテ12aでX線撮影が行われている。この場合、選択画面26で撮影に使用すると選択した電子カセッテ12と、実際にX線が照射された電子カセッテ12とが一致している。つまり選択画面26による電子カセッテ12の選択が正しい。一方、図4では、非選択カセッテである電子カセッテ12bでX線撮影が行われている。この場合、選択画面26で撮影に使用すると選択した電子カセッテ12と、実際にX線が照射された電子カセッテ12とが異なる。つまり選択画面26による電子カセッテ12の選択が誤っていたことになる。こうしたことが起きてしまうのは、選択画面26でアイコン27bを選択しなければいけないところを、オペレータがその選択を怠った、あるいは間違えてアイコン27aを選択したためである。
図5において、電子カセッテ12は、センサパネル30と、制御基板31と、バッテリ32と、通信部33と、これらを収納する扁平な箱型をした可搬型の筐体34とを有する。筐体34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34の前面34a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35が取り付けられている。透過板35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34は、例えば、フイルムカセッテやIPカセッテの国際規格ISO4090:2001に準拠した大きさである。このため、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。また、電子カセッテ12は、撮影台にセットされる他に、被写体Hが仰臥するベッド上に置いたり被写体H自身にもたせたりして単体で使用されることもある。
バッテリ32は、電源回路(図示せず)を通じて電子カセッテ12の各部に電力を供給する。バッテリ32は、筐体34内から外部に取り出し可能であり、専用の充電器(図示せず)にセットして充電することが可能である。通信部33は、撮影制御装置13と無線接続され、撮影制御装置13との間で、前述の撮影条件、X線画像などの各種情報を送受信する。また、通信部33は、コンソール14から送信される選択信号または非選択信号を、撮影制御装置13から受信する。通信部33は、受信した各種情報を制御部54に出力する。また、通信部33は、メモリ52に記録された各種補正処理済みのX線画像を、制御部54を介して受け取ってコンソール14に送信する。
センサパネル30は、シンチレータ36と、光検出基板37とで構成される。シンチレータ36と光検出基板37は、X線の入射側からみてシンチレータ36、光検出基板37の順に積層されている。シンチレータ36は、CsI:Tl(タリウム賦活ヨウ化セシウム)やGOS(GdS:Tb、テルビウム賦活ガドリウムオキシサルファイド)などの蛍光体を有し、透過板35を介して入射したX線を可視光に変換して放出する。
光検出基板37は、シンチレータ36から放出された可視光を検出して電気信号に変換する。制御基板31は、光検出基板37の駆動を制御するとともに、光検出基板37から出力された電気信号に基づきX線画像を生成する。
図6において、光検出基板37は、ガラス基板(図示せず)上に、N行×M列の2次元マトリクスに配列された画素40と、N本の走査線41と、M本の信号線42とが設けられたものである。走査線41は、画素40の行方向に沿うX方向に延伸し、かつ画素40の列方向に沿うY方向に所定のピッチで配置されている。信号線42は、Y方向に延伸し、かつX方向に所定のピッチで配置されている。走査線41と信号線42とは直交しており、走査線41と信号線42の交差点に対応して画素40が設けられている。画素40が配列されたガラス基板の領域が撮像領域43を形成している。N、Mは2以上の整数であり、例えばN、M≒2000である。画素40の位置は、例えば左上の画素40の座標を原点(0、0)においたXY座標で表される。なお、画素40の配列は、本例のように正方配列でなくともよく、ハニカム配列でもよい。
各画素40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44、およびスイッチング素子であるTFT(Thin-Film Transistor)45を備える。光電変換部44は、電荷を発生する半導体層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。半導体層は例えばPIN(p-intrinsic-n)型であり、上部電極側にN型層、下部電極側にP型層が形成されている。TFT45は、ゲート電極が走査線41に、ソース電極が信号線42に、ドレイン電極が光電変換部44の下部電極にそれぞれ接続されている。
光電変換部44の上部電極にはバイアス線(図示せず)が接続されている。バイアス線は画素40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44の上部電極に正のバイアス電圧が印加される。正のバイアス電圧の印加により半導体層内に電界が生じる。光電変換部44は逆バイアスの状態で使用される。光電変換により半導体層内で発生した電子−正孔対のうちの電子は、上部電極に移動してバイアス線に吸収され、正孔は、下部電極に移動して信号電荷として収集される。
制御基板31には、ゲートドライバ50と、信号処理部51と、メモリ52と、判定部53と、これらを制御する制御部54とが設けられている。ゲートドライバ50は、各走査線41の端部に接続され、TFT45を駆動するためのゲートパルスG(K)(K=1〜N)(図9など参照)を発する。制御部54は、ゲートドライバ50を通じてTFT45を駆動することにより、画素40から暗電荷を読み出してリセット(破棄)する画素リセット動作と、X線の到達線量に応じた信号電荷を画素40に蓄積させる蓄積動作と、画素40から信号電荷を読み出す画像読み出し動作とをセンサパネル30に行わせる。
信号処理部51は、各信号線42の端部に接続されている。信号処理部51は、積分アンプ55と、ゲインアンプ56と、CDS(Correlated Double Sampling)回路57と、マルチプレクサ58と、A/D変換器59とを有する。
積分アンプ55は信号線42毎に設けられている。積分アンプ55は、オペアンプ55a、キャパシタ55b、およびアンプリセットスイッチ55cを有する。オペアンプ55aは、2つの入力端子と1つの出力端子を有し、2つの入力端子の一方に信号線42が接続され、他方にグランド線が接続されている。キャパシタ55bおよびアンプリセットスイッチ55cは、信号線42が接続された入力端子と、出力端子との間に並列接続されている。
積分アンプ55は、信号線42から入力される信号電荷をキャパシタ55bに蓄積することにより積算し、積算値に対応するアナログの電圧値(信号電圧)を出力する。アンプリセットスイッチ55cは、制御部54により駆動制御される。アンプリセットスイッチ55cをオン状態とすることで、キャパシタ55bに蓄積された信号電荷がリセット(破棄)される。
ゲインアンプ56は、オペアンプ55aの出力端子に接続されており、積分アンプ55から出力された信号電圧を所定のゲイン値で増幅する。ゲイン値は、コンソール14からの撮影条件に基づいて制御部54により設定される。
CDS回路57は、ゲインアンプ56の出力端子に接続されており、ゲインアンプ56により増幅された信号電圧に対して周知の相関二重サンプリング処理を施し、信号電圧から積分アンプ55のリセットノイズ成分を除去する。具体的には、CDS回路57は、2つのサンプルホールド回路(図示せず)と、1つの差分回路(図示せず)とを有している。一方のサンプルホールド回路でゲインアンプ56から出力される信号電圧をサンプルして保持し、他方のサンプルホールド回路で積分アンプ55がリセットされた際にゲインアンプ56から出力される積分アンプ55のリセットノイズ成分をサンプルして保持する。差分回路で両者の差分を取ることにより、ノイズが除去された信号電圧を得る。
マルチプレクサ58は、各CDS回路57の出力端子に接続されており、1列目からM列目のCDS回路57を1つずつ順番に選択し、A/D変換器59に各CDS回路57から出力される信号電圧をシリアルに入力する。A/D変換器59は、入力された信号電圧に対してA/D変換処理を行い、デジタルの信号電圧を出力する。メモリ52は、A/D変換器59から出力されたデジタルの信号電圧をX線画像として記憶する。
判定部53は、制御部54により駆動制御される。判定部53は、X線の照射が開始されたか否かを判定する照射開始判定、またはX線が照射されたか否かを判定する照射判定を行う。
制御部54は、タイマー60を内蔵している。タイマー60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60は、判定部53でX線の照射が開始されたと判定したときに計時を開始する。制御部54は、タイマー60の計時時間が照射時間となったときにX線の照射が停止したと判断する。
制御部54には、メモリ52に記憶されたX線画像に対して、オフセット補正、感度補正、および欠陥補正の各種補正処理を施す回路(図示せず)が設けられている。オフセット補正回路は、X線を照射せずに画像読み出し動作を行って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、信号処理部51の個体差や撮影環境に起因する固定パターンノイズをX線画像から除去する。感度補正回路はゲイン補正回路とも呼ばれ、各画素40の光電変換部44の感度のばらつきや信号処理部51の出力特性のばらつきなどを補正する。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。なお、上記の各種補正処理回路を撮影制御装置13やコンソール14に設け、各種補正処理を撮影制御装置13やコンソール14で行ってもよい。
図7および図8に示すように、X線の照射前、制御部54は、ゲートドライバ50および信号処理部51への電力供給が停止され、通信部33のみが駆動する待機状態で電子カセッテ12を動作させている。制御部54は、通信部33を介してコンソール14から選択信号または非選択信号を受け取ったときに、ゲートドライバ50および信号処理部51への電力供給を開始する。制御部54は、選択信号を受け取ったときは、第1動作をセンサパネル30に開始させる。また、非選択信号を受け取ったときは、第2動作をセンサパネル30に開始させる。センサパネル30は、第1動作および第2動作として、画素リセット動作を行う。なお、図7は選択カセッテの動作を、図8は非選択カセッテの動作をそれぞれ示す。
図7において、選択カセッテの判定部53は、X線源10によるX線の照射が開始されたと判定した場合、制御部54に照射開始判定信号を出力する。制御部54は、判定部53から照射開始判定信号を受けて、センサパネル30の動作を、画素リセット動作から蓄積動作に移行させる。制御部54は、画素リセット動作が途中の行であっても、画素リセット動作を直ちに停止させ蓄積動作を開始させる。
蓄積動作では、ゲートドライバ50はいずれの走査線41にもゲートパルスG(K)を与えない。したがって蓄積動作時は、TFT45はオフ状態となる。その間に画素40にX線の入射量に応じた信号電荷が蓄積される。制御部54は、タイマー60の計時時間が撮影条件で設定された照射時間となったとき、蓄積動作を終了させて画像読み出し動作を開始させる。
図9に示すように、画像読み出し動作では、ゲートドライバ50は、先頭行である1行目から最終行であるN行目までの各走査線41に、順に所定の間隔CでゲートパルスG(K)を与え、各走査線41に接続されたTFT45を1行ずつ順次オン状態とする。TFT45がオン状態となる時間は、ゲートパルスG(K)のパルス幅で規定されており、TFT45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。なお、符号FRは、1行目からN行目までの1フレーム分の画素リセット動作を表す。
図7に示すように、画像読み出し動作終了後、制御部54は、ゲートドライバ50および信号処理部51への電力供給を停止して、選択カセッテを待機状態に戻す。
一方、図8において、非選択カセッテの判定部53は、X線が照射されたと判定した場合、コンソール14による電子カセッテ12の選択が誤っていたことを示す誤選択信号を制御部54に出力する。制御部54は、判定部53から誤選択信号を受けて、ゲートドライバ50および信号処理部51への電力供給を停止して、非選択カセッテを待機状態に戻す。画素リセット動作が途中の行であった場合は、N行目の画素リセット動作まで行わせて1フレーム分の画素リセット動作FRを完結させた後に待機状態へ移行する。また、制御部54は、通信部33を介して誤選択信号をコンソール14に向けて送信する。
電子カセッテ12から誤選択信号を受信した場合、コンソール14は、図10に示す警告ウィンドウ65をディスプレイ14bにポップアップ表示させる。警告ウィンドウ65は、「非選択のカセッテでX線の照射を検出しました。」といった、コンソール14による電子カセッテ12の選択が誤っていたことを報せるメッセージと、「選択状態を確認し、再度撮影を行って下さい。」といった、電子カセッテ12の選択状態の確認と再撮影を促すメッセージを表示する。コンソール14は表示装置に相当する。なお、警告ウィンドウ65のポップアップ表示に代えて、あるいは加えて、スピーカからビープ音などの音声を出力してもよい。
画素リセット動作でも、ゲートドライバ50の動作は図9に示す画像読み出し動作と同様である。画素リセット動作では、1行目からN行目に向かって1行ずつ順次電荷を掃き出し、N行目の電荷が掃き出されて1フレーム分の電荷の掃き出しが終了すると、再び1行目に戻って電荷の掃き出しを繰り返す、順次画素リセット動作を行う(図12および図13参照)。
画像読み出し動作において、制御部54は、ゲートドライバ50、および信号処理部51の各部(積分アンプ55、CDS回路57、マルチプレクサ58、A/D変換器59)をそれぞれ所定の周期で駆動し、走査線41を1行目からN行目まで順に選択して、その結果A/D変換器59から出力された1行分の信号電圧をメモリ52に順次に記憶させる。1行目からN行目までの1フレーム分の画像読み出し動作が終了すると、メモリ52には、それぞれの画素40のXY座標に対応付けられて、1枚分のX線画像を表す信号電圧が記憶される。この信号電圧のデータはメモリ52から制御部54に読み出され、制御部54で各種補正処理を施された後、通信部33を通じてコンソール14に向けて送信される。こうして被写体HのX線画像が検出される。以下では、画像読み出し動作で読み出される信号電圧を画像信号という(図7参照)。
画素リセット動作では、TFT45がオン状態になっている間、画素40から信号電荷が信号線42を通じて積分アンプ55のキャパシタ55bに流れる。画素リセット動作においても、画像読み出し動作と同様に、信号処理部51は信号電圧の読み出しを行う。メモリ52には、1行分の画素リセット動作が終了する毎に1行分の信号電圧が記憶される。このメモリ52に記憶された1行分の信号電圧は判定部53に出力され、判定部53によるX線の照射開始の判定、およびX線の照射判定に使用される。以下では、画素リセット動作で読み出される信号電圧を線量信号という(図7、図8参照)。
X線が照射されていない段階では、画素40からキャパシタ55bに流れ出す電荷は暗電荷であり、このときの線量信号はほぼゼロである。一方、X線の照射が開始されると、画素40からキャパシタ55bに流れ出す電荷は、撮像領域43へのX線の入射量に応じて変化するため、このときの線量信号は、撮像領域43に到達するX線の単位時間(1行分の画素リセット動作の間隔C)当たりの線量を表す。
画素リセット動作において、積分アンプ55のアンプリセットスイッチ55cには、画像読み出し動作と同様に、1行分の画素リセット動作が行われる毎に、制御部54からアンプリセットパルスが入力されて蓄積電荷がリセットされる。1行分の画素リセット動作では、画像読み出し動作と同様に、複数のCDS回路57がマルチプレクサ58によって順次選択されて、1行分の線量信号がメモリ52に出力される。メモリ52は、こうした1行分の線量信号を、画素40のXY座標と対応付けて記録する。
選択カセッテにおいて、制御部54は、図11(A)、および図11(A)を具体的に表現した図12に示すように、第1動作として、1フレーム分の画素リセット動作FRを間断なくセンサパネル30に行わせる。この画素リセット動作中、ゲートドライバ50および信号処理部51にはバッテリ32から電力が継続的に供給され、これらは継続的に駆動される(図7参照)。
一方、非選択カセッテにおいて、制御部54は、図11(B)、および図11(B)を具体的に表現した図13に示すように、第2動作として、1フレーム分の画素リセット動作FRを、第1動作よりも間隔を空けてセンサパネル30に行わせる。具体的には、第1動作では1フレーム分の画素リセット動作FRの終了後、直ちに次の1フレーム分の画素リセット動作FRを開始しているところを、第2動作では、1フレーム分の画素リセット動作FRを1回分休止する。
1フレーム分の画素リセット動作FRを休止しているときには、待機状態と同じく、ゲートドライバ50および信号処理部51にはバッテリ32から電力が供給されず、これらは駆動されない(図8参照)。このため、第2動作は、第1動作と比べて消費電力が低くなる。本実施形態では1フレーム分の画素リセット動作FRを1回分休止しているので、第2動作の消費電力は、第1動作の1/2となる。
また、制御部54は、所定時間を過ぎても、判定部53でX線の照射が開始されたとの判定、またはX線が照射されたとの判定がされない場合、第1動作または第2動作を終了させて、電子カセッテ12を待機状態に戻す。
図14において、X線源15が照射するX線の単位時間当たりの線量の時間変化を表す照射プロファイル(破線で示す)に示すとおり、X線の単位時間当たりの線量は、照射開始直後は少なく、管電流に応じて決まる設定線量に向かって徐々に増加する。なお、符号Eで示す丸点は1行分の線量信号の出力タイミングを示す。線量信号は、X線が照射される前は暗電荷に応じた出力であるため、X線の線量に応じた出力と比べて極めて低い値で、ほぼゼロである。線量信号は、X線の照射が開始されるとX線の照射プロファイルに対応して増加する。
判定部53は、間隔Cで順次出力される1行分の線量信号を1回分ストックする内部メモリを有する。判定部53は、内部メモリから読み出した前回の線量信号と、今回メモリ52から読み出した線量信号の差分をとり、この差分と予め設定された判定閾値Thの大小を比較する。照射開始判定および照射判定を迅速かつ正確に行うためには、被写体による減衰の影響が少ない、比較的値が大きい線量信号を判定に用いることが好ましい。そのため、判定閾値Thと比較する線量信号としては、1行分の線量信号のうちの最大値が好ましい。なお、1行分の線量信号の平均値や合計値でもよい。線量信号は、X線の照射が開始されると増加し、前回と今回の線量信号の差分はある時点で判定閾値Thを上回るレベルに達する。判定部53は、この線量信号の差分が判定閾値Thを上回った時点でX線源15によるX線の照射が開始された、またはX線が照射されたと判定する。なお、前回と今回の線量信号の差分ではなく、今回の線量信号と判定閾値Thとの大小比較により照射開始判定または照射判定を行ってもよい。
次に、上記構成による作用を、図15ないし図17のフローチャートを参照して説明する。図15はコンソール14の動作、図16は選択カセッテの動作、図17は非選択カセッテの動作をそれぞれ示す。
X線撮影システム2でX線撮影を行う場合には、まず、被写体Hを立位、臥位の各撮影台17、18のいずれかの撮影位置にセットし、電子カセッテ12の高さや水平位置を調節して、被写体Hの撮影部位と位置を合わせる。そして、電子カセッテ12の位置および撮影部位の大きさに応じて、X線源15の高さや水平位置、照射野の大きさを調整する。
次いで図15のステップS100に示すように、コンソール14で、電子カセッテ12a、12bのうち、撮影に使用する電子カセッテ12を選択し、さらに撮影条件を設定する。また、コンソール14に設定したものと同じX線の照射条件を線源制御装置16に設定する。コンソール14で設定された撮影条件は、選択信号または非選択信号とともに撮影制御装置13に送信され、撮影制御装置13から電子カセッテ12に転送される(ステップS110)。選択信号は選択カセッテ、非選択信号は非選択カセッテに送信される。
コンソール14への撮影条件の設定および線源制御装置16への照射条件の設定が完了すると、オペレータは照射スイッチ20を半押しする。照射スイッチ20が半押しされると、線源制御装置16にウォームアップ指示信号が入力され、X線源15のウォームアップが開始される。
図16において、選択カセッテは、待機状態でコンソール14からの選択信号、および撮影条件を待ち受けている(ステップS200)。コンソール14からの撮影条件とともに選択信号を受信したとき(ステップS210)、選択カセッテは第1動作を開始する(ステップS220)。第1動作では、1フレーム分の画素リセット動作FRが間断なく行われる。間断なく1フレーム分の画素リセット動作FRを行うので、X線の照射開始タイミングを逃すことなく検出することができる。
画素リセット動作により、画素40に蓄積される暗電荷が信号線42に掃き出されて画素40がリセットされる。画素リセット動作では、信号線42を通じて積分アンプ55に蓄積された信号電荷に応じた線量信号が1行ずつ読み出される。積分アンプ55に蓄積された信号電荷は、1行分の画素リセット動作毎にリセットされる。1行分の画素リセット動作では、CDS回路57がマルチプレクサ58によって順次選択されて、1行分の線量信号がメモリ52に記録される。判定部53は、1行分の線量信号がメモリ52に記録される毎に、メモリ52から1行分の線量信号を読み出して、前回と今回の1行分の線量信号の最大値の差分を算出し、算出した差分と判定閾値Thの大小を比較する(ステップS240)。
X線の照射が開始される前は、線量信号には暗電荷に対応する出力しか含まれないので、線量信号はほぼゼロでその差分は判定閾値Thを上回らない。オペレータによって照射スイッチ12が全押しされると、X線源10からX線が照射される。X線源10の照射開始直後は、単位時間当たりの線量が低く、線量はそれから徐々に増加する。そのため、X線源10の照射開始直後の線量信号は低い値となる。X線の線量が増加すると、画素40が感応して信号電荷の量が増える。画素リセット動作が行われると、蓄積された信号電荷が信号線42に掃き出される。そのため、1行分の画素リセット動作で得られる線量信号の値が増加する。その後、線量信号の差分が判定閾値Thを上回る。選択カセッテの判定部53は、この時点でX線の照射が開始されたと判定し(ステップS250でYES)、制御部54に照射開始判定信号を出力する。このように、選択カセッテの判定部53でX線の照射開始が判定された場合は、コンソール14で撮影に使用すると選択した電子カセッテ12と、実際にX線が照射された電子カセッテ12とが一致している、つまりコンソール14による電子カセッテ12の選択が正しかったことになる(図15のステップS120でYES)。
所定時間を過ぎても、判定部53で照射開始の判定がなされない場合(ステップS230でYES)、選択カセッテは第1動作を終了して待機状態に戻る。この場合は、何らかの理由で撮影が中止されたか、コンソール14で撮影に使用すると選択した電子カセッテ12と、実際にX線が照射された電子カセッテ12とが異なる、つまりコンソール14による電子カセッテ12の選択が誤っていたことになる(図15のステップS120でNO)。
判定部53から照射開始判定信号を受けた場合、制御部54は、全TFT45をオフ状態として画素リセット動作を停止して、センサパネル30に蓄積動作を開始させる(ステップS260)。蓄積動作では、ゲートドライバ50からゲートパルスは与えられず、したがって画素40には照射されたX線の線量に応じた信号電荷が蓄積される。これによりX線の照射開始タイミングと蓄積動作の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54のタイマー60により計時が開始される。
線源制御装置11は、タイマー21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。制御部54は、タイマー60の計時時間が撮影条件で設定された照射時間となったとき(ステップS270でYES)、センサパネル30の動作を蓄積動作から画像読み出し動作に移行させる(ステップS280)。画像読み出し動作では、ゲートドライバ50からゲートパルスが発せられ、1行分の画素40の信号電荷が信号線42に読み出されて、信号電荷に応じた1行分の画像信号が積分アンプ55から取り出されて、A/D変換後メモリ52に記録される動作が繰り返し行われる。これによりメモリ52には1枚分のX線画像を表す画像信号が記録される。このX線画像は、制御部54で各種補正処理を施された後、通信部33により撮影制御装置13に送信される(ステップS290)。
図15のステップS130に示すように、X線画像はさらに撮影制御装置13からコンソール14に転送され、コンソール14で受信される。X線画像は、ディスプレイ14aに表示されて診断に供される(ステップS140)。
一方、図17において、非選択カセッテは、コンソール14からの撮影条件とともに非選択信号を受信したとき(ステップS300)、第2動作を開始する(ステップS310)。第2動作では、1フレーム分の画素リセット動作FRが、第1動作よりも間隔を空けて行われる。1フレーム分の画素リセット動作FRを休止しているときには、ゲートドライバ50および信号処理部51にはバッテリ32から電力が供給されない。このため、第2動作の消費電力は、第1動作と比べて低い。したがって、非選択カセッテのバッテリ32の電力の無駄な消費を抑えることができ、従来のようにバッテリ残量がすぐに尽きてしまい、頻繁にバッテリの充電を行わなければならないといった煩わしさから解放される。
第2動作では、選択カセッテの第1動作の場合と同様に、1行分の画素リセット動作毎に1行分の線量信号がメモリ52に記録され、判定部53に読み出される。非選択カセッテの判定部53は、選択カセッテの場合と同様に、線量信号の差分と判定閾値Thの大小を比較し(S240)、線量信号の差分が判定閾値Thを上回った場合、X線が照射されたと判定する(ステップS250でYES)。この場合、判定部53は、制御部54に誤選択信号を出力する(S320)。このように、非選択カセッテの判定部53でX線が照射されたと判定された場合は、コンソール14による電子カセッテ12の選択が誤っていたことになる(図15のステップS120でNO)。
選択カセッテの場合と同様に、所定時間を過ぎても、判定部53でX線が照射されたとの判定がなされない場合(ステップS230でYES)、非選択カセッテは第2動作を終了して待機状態に戻る。この場合は、何らかの理由で撮影が中止されたか、コンソール14による電子カセッテ12の選択が正しかったことになる(図15のステップS120でYES)。
図15のステップS150に示すように、非選択カセッテから誤選択信号を受信した場合、コンソール14は、ステップS160に示すように、ディスプレイ14bに警告ウィンドウ65を表示させる。オペレータは、この警告ウィンドウ65により、電子カセッテ12の選択が誤っていたことを認識することができる。オペレータは、選択画面26にて電子カセッテ12を再度選択し直すか、当初選択した電子カセッテ12を、X線が照射されるようにセットし直すかして、選択した電子カセッテ12とX線が照射される電子カセッテ12とを一致させる処置をしたうえで、再度撮影を行う。
上記第1実施形態では、電子カセッテ12を2台としたが、もちろん2台以上であってもよい。また、第2動作における1フレーム分の画素リセット動作FRの間隔は、上記第1実施形態で例示した1フレーム分の画素リセット動作FRの1回分に限らず、任意に変更することが可能である。ただし、X線が照射されたか否かを確実に検出するには、照射条件で設定された照射時間内に少なくとも1回は線量信号を出力する必要があるため、第2動作における1フレーム分の画素リセット動作FRの間隔は、長くても照射時間以内であることが好ましい。第2動作における1フレーム分の画素リセット動作FRの間隔を、照射時間に応じて自動的に変更してもよい。
上記第1実施形態では、撮影に使用する1台の電子カセッテ12を選択する操作入力装置の機能を、コンソール14に担わせているが、撮影制御装置13に担わせてもよい。また、電子カセッテ12に使用、非使用を選択するスイッチを設け、電子カセッテ12に操作入力装置の機能を担わせてもよい。さらに、これらとは別に専用の操作入力装置を設けてもよい。
また、上記第1実施形態では、電子カセッテ12の選択が誤っていたことを報せる表示装置の機能を、コンソール14に担わせているが、操作入力装置の場合と同様に、撮影制御装置13や電子カセッテ12に表示装置の機能を担わせてもよい。また、これらとは別に警告灯などの専用の表示装置を設けてもよい。
なお、信号処理部51などの電気回路には、定常的に発生する定常ノイズの他、外部から衝撃や振動により発生する振動ノイズなど、様々なノイズが発生する。こうしたノイズは線量信号に乗ってしまうため、照射開始判定および照射判定では、実際はX線が照射されていないにも関わらず線量信号が判定閾値Thを上回るレベルとなり、X線の照射が開始された、またはX線が照射されたと誤って判定してしまうおそれがある。このため、このような誤判定を防止する対策を講じてもよい。
誤判定を防止する対策としては、例えば照射開始判定および照射判定を、一次判定処理と二次判定処理の2段階に分けて行う。一次判定処理では、線量信号が判定閾値Thを上回ったか否かを判定する。一次判定処理で線量信号が判定閾値Thを上回ったと判定された場合に、一次判定の結果が正しいか否かを判定する二次判定処理を行う。二次判定処理では、線量信号の時間変化を調べて、線量信号が判定閾値Thを上回った状態を一定時間キープしていた場合に一次判定の結果が正しいと判定する。
[第2実施形態]
画素40には、画像読み出し動作で画像信号を読み出した後にも一部の電荷が残留することが知られている。そして、この残留電荷が次回のX線撮影で得られたX線画像に重畳され、X線画像の画質が低下することも知られている。このため、X線画像に対して残像補正処理が従来から行われている。
図18において、本実施形態では、制御部54に残像補正処理回路70が設けられている。すなわち、電子カセッテ12が残像補正処理装置として機能する。その他の構成は上記第1実施形態と同じであるため説明を省略する。
残像補正処理回路70は、図19に示すような、前回の撮影で画素40に残留した電荷に基づく残像量と、前回の撮影からの経過時間との関係を表す残像量情報を元に、X線画像に対して残像補正処理を施す。残像量情報は、様々な照射条件における残像量の時間的な変化を実験やシミュレーションで予め測定することで得られる。残像量情報は、実験やシミュレーションの結果をルックアップテーブルや関数にしたものが制御部54の内部メモリ(図示せず)に記憶され、残像補正処理回路70は、照射条件に応じた残像量情報を内部メモリから読み出して残像補正処理を行う。
残像量は、前回の撮影終了直後(画像読み出し動作終了直後、時刻T0)のR0から、時間経過とともに減衰する。図20に示すように、制御部54は、前回の撮影終了後、次回の撮影に先立って、コンソール14からの撮影条件の情報と選択信号または非選択信号を受信したとき(時刻T1)に、画像読み出し動作をセンサパネル30に行わせて、残像補正処理用のX線画像Pcを出力させる。この残像補正処理用のX線画像Pcはメモリ52から制御部54の内部メモリに出力され、内部メモリに記憶される。残像補正処理回路70は、この残像補正処理用のX線画像Pcを元に、時刻T1における残像量R1を算出する。次に、算出した残像量R1、残像量情報、時刻T1並びに次回の撮影時の時刻T2から、次回の撮影時の時刻T2における残像量R2を推定する。そして、推定した残像量R2を、次回の撮影で得られたX線画像Prowの各画像信号から減算し、X線画像Prowから残像の影響を取り除いたX線画像Pを得る。時刻T1、T2は、タイマー60により計時される。これらの時刻情報は残像補正処理回路70に提供される。なお、推定した残像量R2が所定の閾値以下であった場合は、X線画像の画質に影響がないとして残像補正処理を行わなくてもよい。
ここで、電子カセッテ12の選択が誤っていた場合、選択した電子カセッテ12とX線が照射される電子カセッテ12とを一致させるためにオペレータが実行する処置として、上記第1実施形態では、選択画面26にて電子カセッテ12を再度選択し直すか、当初選択した電子カセッテ12を、X線が照射されるようにセットし直すことを挙げたが、セットし直しの手間を考えると、選択画面26にて電子カセッテ12を再度選択し直し、再度撮影を行うほうが、より実行する可能性が高い。しかし、そうすると、誤ってX線が照射された非選択カセッテの残像量が減衰しきらないうちに、その非選択カセッテが選択画面26で選択カセッテとされて直ちに再度撮影が行われることになる。
この場合、図21に示すように、再度撮影が行われたとき(時刻T0A)の残像量R0Aは、時刻T0で誤って照射されたX線による、時刻T0Aでの残像量RMと、時刻T0Aで再度撮影が行われたときに照射されたX線による残像量RNが累積されたものとなる。このため、破線で示す誤選択が起こらなかった通常の場合の残像量情報とは残像量の減衰の仕方が異なり、通常の場合の残像量情報を元に残像補正処理を行うと残像量の推定にずれが生じてしまい、正確な残像補正処理を行えなくなる。
そこで、残像補正処理回路70は、電子カセッテ12の選択が誤っていた場合、図22に示すように、時刻T0、T0Aの時刻情報を取得して、これらの時刻情報および通常の場合の残像量情報Fsに基づき、誤って照射されたX線による残像量RMを算出し、この残像量RMを、通常の場合の残像量情報Fsの残像量に累積加算して、残像量情報Fsを残像量情報Fcに変更する。そして、変更した残像量情報Fcを元に、次回の撮影時の残像量R2を推定する。こうすれば、電子カセッテ12の選択が誤っていて、選択画面26にて電子カセッテ12を再度選択して再度撮影を行った場合でも、正確な残像補正処理を行うことができ、常に良好な画質のX線画像を得ることができる。
なお、残像補正処理の機能を、撮影制御装置13やコンソール14などの電子カセッテ12とは別の装置に担わせてもよく、これらとは別に専用の残像補正処理装置を設けてもよい。
第2動作としては、上記第1実施形態で例示した、1フレーム分の画素リセット動作FRの間隔を空ける方法に限らず、以下に示す第3〜第5実施形態を採用してもよい。
[第3実施形態]
本実施形態では、制御部54は、第2動作における1行分の画素リセット動作を、第1動作よりも間隔を空けてセンサパネル30に行わせる。具体的には、図23に示すように、第1動作の1行分の画素リセット動作の間隔が上記第1実施形態と同様にCであった場合、第2動作における1行分の画素リセット動作の間隔をCの4倍の4Cとする。こうすれば、単位時間当たりのゲートドライバ50および信号処理部51の稼働回数が、第1動作よりも第2動作のほうが減るため、結果的に第2動作に掛かる消費電力を第1動作と比べて低くすることができる。
[第4実施形態]
本実施形態では、制御部54は、第2動作において、隣接する複数行を1行と見なして、隣接する複数行の画素40の電荷をまとめて掃き出すビニング画素リセット動作をセンサパネル30に行わせる。具体的には、図24に示すように、隣接する4行に同時にゲートパルスG(K)を発生することを繰り返し、走査線41を4行ずつ順に活性化してTFT45を4行分ずつオン状態とする。そして、図25に示すように、このビニング画素リセット動作を第1動作における1フレーム分の画素リセット動作FRと同じ繰り返し周期で行う。
ビニング画素リセット動作によって、第2動作の1フレーム分の画素リセット動作FRに掛かる時間は、第1動作の場合の1/4に短縮される。短縮された時間の間は、ゲートドライバ50および信号処理部51にバッテリ32から電力を供給しない。こうすることによっても、ゲートドライバ50および信号処理部51の稼働時間および稼働回数が、第1動作よりも第2動作のほうが減るので、第2動作に掛かる消費電力を第1動作と比べて低くすることができる。また、ビニング画素リセット動作で得られる線量信号は、複数行の画素40の電荷を加算したものとなるので、1行ずつ画素リセット動作を行って得られる線量信号よりも信号成分が増加し、S/Nがよくなる。このため、照射判定の信頼性が高くなるという副次的な効果も得られる。なお、この場合の1行分の画素リセット動作の間隔は、上記第1実施形態と同じCである。
[第5実施形態]
本実施形態では、制御部54は、第2動作において、特定の行の画素40の電荷を選択的に掃き出す選択的画素リセット動作をセンサパネル30に行わせる。具体的には、図26に示すように、1行目、5行目、9行目、・・・と3行飛ばしでゲートパルスG(K)を発生することを繰り返し、走査線41を3行飛ばしで順に活性化してTFT45をオン状態とする。そして、第4実施形態の場合と同様に、選択的画素リセット動作を第1動作における1フレーム分の画素リセット動作FRと同じ繰り返し周期で行う。この選択的画素リセット動作によっても、第2動作の1フレーム分の画素リセット動作FRに掛かる時間は、第1動作の場合の1/4に短縮される。短縮された時間の間、ゲートドライバ50および信号処理部51にバッテリ32から電力を供給しないようにすれば、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、順次画素リセット動作、ビニング画素リセット動作、選択的画素リセット動作の代わりに、第2動作として、全行に一斉にゲートパルスG(K)を与えて、全画素40から一斉に電荷を掃き出す全画素リセット動作をセンサパネル30に行わせてもよい。ただし、全画素リセット動作では全行の画素40の電荷が加算されるので、線量信号の値が大きくなり過ぎて飽和するおそれがあるため、順次画素リセット動作、ビニング画素リセット動作、選択的画素リセット動作のいずれかを行うことが好ましい。
上記各実施形態は、単独で実施してもよいし、複合して実施してもよい。例えば、第1実施形態の、第2動作における1フレーム分の順次画素リセット動作を、第1動作よりも間隔を空けて行わせる方法と、第4実施形態のビニング画素リセット動作、または第5実施形態の選択的画素リセット動作を組み合わせて、ゲートドライバ50および信号処理部51にバッテリ32から電力を供給しない時間をさらに長くしてもよい。
第2動作は、X線の照射開始タイミングを正確に検出することを目的とした第1動作とは異なり、単にX線が照射されたか否かを検出することができればよい。このため、第1動作のように間断なく線量信号を出力する必要はなく、極端なことを言えば、照射条件で設定された照射時間内に少なくとも1回線量信号を出力することができればよい。
上記各実施形態では、第2動作として画素リセット動作を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、第2動作として、ゲートドライバ50を駆動せずにTFT45をオフした状態で画素40から漏れ出るリーク電荷に基づく線量信号を信号処理部51で取り出す動作を行ってもよい。画素40はTFT45をオフしている場合でも、微量なリーク電荷が信号線42に漏れ出る。リーク電荷は画素40の電荷蓄積量に応じて大きくなるため、リーク電荷を積分アンプ55に蓄積してこれを線量信号として取り出せば、第2動作の照射検出に利用することができる。この場合、第1動作は上記第1実施形態のように1フレーム分の画素リセット動作を間断なく行う。ゲートドライバ50が駆動されない分、第2動作の消費電力は第1動作よりも低くなる。
また、各画素40にバイアス電圧を供給するバイアス線に画素40で発生する電荷に基づく電流が流れることを利用して、第2動作として、ゲートドライバ50および信号処理部51にバッテリ32から電力を供給しない状態で、ある特定の画素40に繋がるバイアス線に流れる電流を電流計で測定し、測定結果に応じた線量信号を出力する動作を行ってもよい。この場合も第2動作の消費電力は第1動作よりも低くなる。
また、画素とは別にX線を検出するX線検出センサを複数個設け、第1動作では全てのX線検出センサを駆動させ、第2動作では複数個のX線検出センサのうちの数個を駆動させて消費電力を抑えてもよい。なお、X線検出センサを設ける箇所は、センサパネル30の撮像領域43やその周囲、あるいは撮像領域以外の電子カセッテの筐体内または筐体の外周面など、いずれでもよい。
要するに、第1動作よりも第2動作の消費電力が低ければ、如何なる方法を用いてもよい。なお、第2動作はセンサパネルの動作を制御して行うものに限らず、通信部やメモリなどの電子カセッテ内のあらゆる部品の動作制御によって行うものも含み、その第2動作が第1動作よりも消費電力が低くなればよい。
上記第1実施形態では、電子カセッテ12に照射開始検出機能を設けて、X線源15によるX線の照射開始タイミングとセンサパネル30の蓄積動作の開始タイミングとの同期をとっているが、照射開始検出機能の代わりに、あるいは加えて、X線の照射開始タイミングと蓄積動作の開始タイミングとの同期をとるための信号を線源制御装置13との間で遣り取りする同期信号送受信機能を設けてもよい。
同期信号送受信機能を使用する場合、選択カセッテでは照射開始検出を行う必要はなく、代わりに第1動作として通常の画素リセット動作を行う。通常の画素リセット動作では、ゲートパルスG(K)の立下りと同期して、制御部54からアンプリセットパルスが出力されてアンプリセットスイッチ55cがオンされ、キャパシタ55bに蓄積された暗電荷が放電されて積分アンプ55がリセットされる。したがって上記各実施形態のように線量信号は出力されない。その後の動作は上記第1実施形態と同じである。なお、照射開始検出機能をもつ電子カセッテと、同期信号送受信機能をもつ電子カセッテとが1つの撮影室に混在していてもよい。
上記第1実施形態では、シンチレータを光検出基板のX線入射側に配置したセンサパネルを例示しているが、シンチレータを光検出基板のX線入射側とは反対側に配置したセンサパネルを用いてもよい。この場合、シンチレータは、光検出基板を透過したX線を吸収して可視光を発生し、光検出基板は、この可視光を光電変換して信号電荷を生成する。
上記第1実施形態では、X線を可視光に変換し、この可視光を信号電荷に変換する間接変換型のセンサパネルを例示しているが、アモルファスセレンなどの光導電膜によりX線を直接信号電荷に変換する直接変換型のセンサパネルを用いてもよい。
上記第1実施形態では、TFT型のセンサパネルを例示しているが、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型のセンサパネルを用いてもよい。また、撮影制御装置13とコンソール14は上記第1実施形態のように別体でもよいし、一体としてもよい。
本発明は、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。撮影台に据え付けるタイプのX線画像検出装置は、取り替えることが不可能であるため、電子カセッテ12の選択が誤っていた場合のオペレータの処置は、必然的に選択画面26にて電子カセッテ12を再度選択し直すことに限られる。このため、撮影台に据え付けるタイプのX線画像検出装置の場合は、上記第2実施形態は特に有効である。
また、本発明は、X線に限らず、γ線など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線撮影装置
11 X線発生装置
12、12a、12b 電子カセッテ
14 コンソール
14a 入力デバイス
14b ディスプレイ
30 センサパネル
32 バッテリ
33 通信部
51 信号処理部
53 判定部
54 制御部
65 警告ウィンドウ
70 残像補正処理回路

Claims (16)

  1. 複数台の放射線画像検出装置と、前記複数台の放射線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台の放射線画像検出装置を選択する操作入力装置と、表示装置とを備える放射線撮影システムにおいて、
    前記放射線画像検出装置は、
    放射線発生装置から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する画素が2次元に配列されたセンサパネルと、
    前記信号電荷を画像信号に変換して放射線画像を生成する信号処理部と、
    前記放射線画像の検出の準備のための第1動作、または前記第1動作よりも低い消費電力で放射線が照射されたか否かを検出するための第2動作を行わせる制御部とを有し、
    前記表示装置は、
    前記第2動作で放射線の照射が検出された場合に、前記操作入力装置による前記放射線画像検出装置の選択が誤っていたことを報せることを特徴とする放射線撮影システム。
  2. 前記放射線画像検出装置は、撮影に使用するために選択されたことを示す選択信号、または選択されなかったことを示す非選択信号を操作入力装置から受信する通信部を有し、
    前記制御部は、前記通信部で前記選択信号が受信された場合は前記第1動作、前記通信部で前記非選択信号が受信された場合は前記第2動作をそれぞれ行わせることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影システム。
  3. 前記放射線画像検出装置は、前記通信部で前記選択信号または前記非選択信号が受信される前は、前記信号処理部への電力供給が停止された状態であり、
    前記通信部で前記選択信号または前記非選択信号が受信されたときに前記信号処理部への電力供給が開始されて、前記第1動作または前記第2動作が開始されることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮影システム。
  4. 前記放射線画像検出装置は、前記通信部を介して他の装置と無線接続を行い、内蔵バッテリで電力を賄うものであることを特徴とする請求項2または3に記載の放射線撮影システム。
  5. 前記制御部は、前記第1動作として、放射線の照射開始を検出する照射開始検出動作を行わせることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の放射線撮影システム。
  6. 前記制御部は、前記第1動作として、前記画素に蓄積された電荷を掃き出す画素リセット動作を前記センサパネルに行わせ、
    前記信号処理部は、前記画素リセット動作で前記画素から掃き出された電荷を、前記センサパネルに到達する放射線の線量を表す線量信号に変換し、
    前記放射線画像検出装置は、前記線量信号と予め設定された判定閾値の大小比較の結果に応じて、放射線の照射が開始されたか否かを判定する判定部を有し、
    前記制御部は、前記判定部で放射線の照射が開始されたと判定した場合、前記信号電荷を前記画素に蓄積させる蓄積動作を前記センサパネルに行わせることを特徴とする請求項5に記載の放射線撮影システム。
  7. 前記制御部は、前記第2動作として、前記画素に蓄積された電荷を掃き出す画素リセット動作を前記センサパネルに行わせ、
    前記信号処理部は、前記画素リセット動作で画素から掃き出された電荷を、前記センサパネルに到達する放射線の線量を表す線量信号に変換し、
    前記放射線画像検出装置は、前記線量信号と予め設定された判定閾値の大小比較の結果に応じて、放射線が照射されたか否かを判定する判定部を有することを特徴とする請求項6に記載の放射線撮影システム。
  8. 前記制御部は、前記第1動作として、前記画素の先頭行から最終行に向かって1行ずつ順次電荷を掃き出し、最終行の電荷が掃き出されて1フレーム分の電荷の掃き出しが終了すると、再び先頭行に戻って電荷の掃き出しを繰り返す順次画素リセット動作を前記センサパネルに行わせることを特徴とする請求項6または7に記載の放射線撮影システム。
  9. 前記制御部は、前記第2動作として、前記第1動作と同様に前記順次画素リセット動作を前記センサパネルに行わせることを特徴とする請求項8に記載の放射線撮影システム。
  10. 前記制御部は、前記第2動作における1フレーム分の順次画素リセット動作を、前記第1動作の場合よりも間隔を空けて行わせることを特徴とする請求項9に記載の放射線撮影システム。
  11. 前記制御部は、前記第2動作における1行分の順次画素リセット動作を、前記第1動作の場合よりも間隔を空けて行わせることを特徴とする請求項9に記載の放射線撮影システム。
  12. 前記制御部は、前記第2動作として、隣接する複数行の前記画素の電荷をまとめて掃き出すビニング画素リセット動作を前記センサパネルに行わせることを特徴とする請求項8ないし10のいずれか1項に記載の放射線撮影システム。
  13. 前記制御部は、前記第2動作として、特定の行の前記画素の電荷を選択的に掃き出す選択的画素リセット動作を前記センサパネルに行わせることを特徴とする請求項8ないし10、12のいずれか1項に記載の放射線撮影システム。
  14. 前回の撮影で前記画素に残留した電荷に基づく残像量と、前回の撮影からの経過時間との関係を表す残像量情報を元に、次回の撮影の残像量を推定して、推定した残像量に基づき、前記放射線画像に対して残像補正処理を施す残像補正処理装置を備え、
    前記残像補正処理装置は、前記第2動作で放射線の照射が検出された場合に、その際に生じた残像量を反映させて前記残像量情報を変更し、変更した前記残像量情報で前記推定を行うことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の放射線撮影システム。
  15. 前記残像補正処理装置は、前記操作入力装置で撮影に使用すると選択されなかった非選択放射線画像検出装置を用いて誤って撮影が行われた時刻と、前記非選択放射線画像検出装置を撮影に使用すると選択し直して再度撮影が行われた時刻の情報に基づき、前記残像量情報を変更することを特徴とする請求項14に記載の放射線撮影システム。
  16. 放射線画像を検出する複数台の放射線画像検出装置と、操作入力装置と、表示装置とを備える放射線撮影システムの作動方法において、
    前記複数台の放射線画像検出装置のうち、撮影に使用する1台の放射線画像検出装置を前記操作入力装置で選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択された放射線画像検出装置で、前記放射線画像の検出の準備のための第1動作を行う第1動作ステップと、
    前記選択ステップで選択されていない放射線画像検出装置で、前記第1動作よりも低い消費電力で放射線が照射されたか否かを検出するための第2動作を行う第2動作ステップと、
    前記第2動作ステップで放射線の照射が検出された場合に、前記選択ステップにおける前記放射線画像検出装置の選択が誤っていたことを、前記表示装置により報せる表示ステップとを備えることを特徴とする放射線撮影システムの作動方法。
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