JP3578378B2

JP3578378B2 - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP3578378B2
Application number: JP29609297A
Authority: JP
Inventors: 広則植木; 健植田; 理香馬場; 浩之河合; 文男川口
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: JPH11128212A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線装置に関し、特に、被検体を透過したＸ線像を電気信号に変換する素子を複数個半導体基板上に形成した撮像素子を用いたＸ線装置の自動露出制御に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線装置においては、Ｘ線イメージインテンシファイア（以下、「Ｘ線Ｉ．Ｉ．」と記す）とテレビカメラとから構成されるＸ線検出系が用いられていた。このＸ線装置では、Ｘ線Ｉ．Ｉ．が被検体を透過したＸ線像を光学像に変換し、テレビカメラが光学像を検出してビデオ信号に変換することによって、被検体のＸ線像を撮像していた。また、従来のＸ線自動露出装置においては、Ｘ線Ｉ．Ｉ．の出力光を一部採光して光電子増倍管等の光センサで検出し、該検出信号に従ってＸ線透視および撮影制御を行っていた。例えばＸ線透視制御時においては、光センサの検出信号の単位時間あたりの積分値が一定値となるように、Ｘ線管の管電流や管電圧あるいは光学絞りの絞り量等をフィードバック制御することで、Ｘ線透視像の明るさを常に適正値に保っていた。またＸ線撮影制御時においては、光センサの検出信号の積分値が一定値になった時点でＸ線を遮断することで、適正な明るさのＸ線撮影像を得ていた（フォトタイマ）。
【０００３】
これに対し近年、次世代のＸ線検出器として平面型のＸ線センサ（以下、「平面Ｘ線検出器」と記す）が開発されつつある。平面Ｘ線検出器では、蛍光板やシンチレータ（例えばヨウ化セシウムの柱状結結晶等）の層が光検出アレイの全面に配置あるいは直接形成されており、入射するＸ線像を光像に変換する。該光像を検出する光検出アレイは、ショットキーバリアダイオードやｐ−ｉ−ｎまたはｎ−ｉ−ｐ型フォトダイオード、あるいはフォトトランジスタのアレイであり、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコンやシリコン単結晶を用いて作成される。平面Ｘ線検出器は、Ｘ線Ｉ．Ｉ．のような大型の光学像変換装置を必要としないため、薄型かつ軽量なものを実現することができる。このような平面Ｘ線検出器の例としては、Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｐａｇｅ−ｓｉｚｅ１２７ｕｍｐｉｘｅｌａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒｆｏｒＸ−Ｒａｙｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｒ．Ｌ．Ｗｅｉｓｆｉｅｌｄｅｔ．ａｌ．，ＳＰＩＥＶｏｌｌ．３０３２ｐｐ１４−２１（１９９７）や特開平８−１６２６２４等が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【０００５】
従来のＸ線自動露出装置においては光学像に変換されたＸ線を一部採光して強度を測定することにより、Ｘ線量をコントロールしていた。これに対して、平面Ｘ線検出器では、蛍光板やシンチレータの層が光検出アレイの全面に直接配置あるいは形成されており、従来の自動露出方法のように光学像を一部採光するためのフォトセンサが配置できない。このために、平面Ｘ線検出器を使用する場合、従来の自動露出方法が適用できない、すなわち、光学像の一部を光センサで検出し、該検出値に基づいてＸ線透視時およびＸ線撮影時のＸ線量を適正な値に制御することができないという問題があった。
【０００６】
これに対して、平面Ｘ線検出器自身で検出した信号に基づいてＸ線自動露出を行う方法も考えられる。しかしながら、この方法では、平面Ｘ線検出器の信号読み出し速度が高々１６．７〜３３．３［ｍｓ］であるのに対して、Ｘ線撮影時のフォトタイマに必要とされる時間精度が数［ｍｓ］以下であるため、制御不可能であるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、平面Ｘ線検出器を使用した場合におけるＸ線透視時およびＸ線撮影時のＸ線量を適正に制御することが可能なＸ線装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、高画質で診断能力の高いＸ線診断装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１１】
Ｘ線を発生し被検体に照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線の照射野を制限するＸ線照射野制限手段と、前記被検体を透過した後のＸ線像を撮像する撮像手段と、前記被検体を透過したＸ線強度を計測するＸ線強度計測手段と、該計測値に基づいて照射Ｘ線のエネルギー分布および出力量を所定の値に調整するＸ線出力調整手段とを有するＸ線装置において、前記撮像手段は、半導体基板に複数個のＸ線検出素子を形成した平面撮像手段からなり、当該撮像手段のＸ線の入力面とは反対の側に前記Ｘ線強度計測手段を配置した。
【００１２】
前述した手段によれば、撮像手段の入力面の反対すなわち裏面側にＸ線強度計測手段を配置することによって、当該Ｘ線強度計測手段は、撮像手段を透過したＸ線像を撮像する、すなわち、被検体を透過したＸ線像のＸ線強度を計測することができるので、Ｘ線出力調整手段が該Ｘ線強度計測手段の出力値に基づいてＸ線照射手段から照射されるＸ線量を制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態のＸ線装置の概略構成を示す図である。本実施の形態のＸ線装置は、Ｘ線管（Ｘ線照射手段）１、Ｘ線フィルタ２、Ｘ線コリメータ（Ｘ線照射野制限手段）３、寝台天板５、簡易操作卓６、Ｘ線グリッド７、Ｘ線検出器（撮像手段）８、Ｘ線補助検出器（Ｘ線強度計測手段）９、モニタ１０、操作卓１１、Ｘ線制御器１００、Ｘ線フィルタ制御器１０１、Ｘ線コリメータ制御器１０２、Ｘ線検出器制御器１０３、Ｘ線補助検出器制御器１０４、Ｘ線条件演算装置（Ｘ線出力調整手段）１０５、感度比テーブル１０６、画像処理装置１０７等より構成される。被検体４は寝台天板５上に位置し、撮影体位を様々に変化できるものする。簡易操作卓６は寝台天板５を水平および垂直方向に移動することができる。そして、作業者は被検体４の撮りたい部位を前記Ｘ線検出器８の視野の中心付近に設定することができる。なお、Ｘ線補助検出器９、Ｘ線補助検出器制御器１０４、Ｘ線条件演算装置１０５および感度比テーブル１０６を除く、各装置および機構は公知のものを用いる。
【００１６】
図１において、Ｘ線管１とＸ線検出器８の入力面との標準的な距離は１２０［ｃｍ］であり、任意の距離に設定できる。また、Ｘ線管１と寝台天板５との標準的な距離は１００［ｃｍ］であり、任意の距離に設定できる。Ｘ線検出器８の入力面は一辺が３０［ｃｍ］の正方形である。Ｘ線グリッド７はＸ線検出器８の入力面上に配置される。Ｘ線検出器８は、たとえば、単結晶シリコン基板上にフォトトランジスタアレイを形成し、その前面にヨウ化セシウムの柱状結晶層を配置した構造の周知の平面型Ｘ線検出器である。なお、Ｘ線検出器の詳細については後述する。Ｘ線補助検出器９はＸ線検出器８と同一構造すなわちＸ線検出器８として使用する検出素子をＸ線補助検出器９としても使用したものであり、本実施の形態では、Ｘ線検出器８の背面に密着されている。Ｘ線補助検出器９をＸ線検出器８の背面に密着させる理由は、点線源から円錐状に発生されるＸ線ビームの広がりに起因する検出位置のずれをできるだけ抑えるためである。ただし、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９との密着方法としては、たとえば、固定具により両検出器８，９を密着した状態に固定したり、接着剤等により両検出器８，９を接着させる等の方法が挙げられる。
【００１７】
次に、前記各部の概要を説明する。
【００１８】
Ｘ線制御器１００は、Ｘ線条件演算装置１０５の制御出力に基づいて、Ｘ線透視時におけるＸ線管１の管電圧および管電流をリアルタイムに制御する制御装置である。またＸ線制御器１００は、Ｘ線撮影時におけるＸ線管１の管電圧、管電流およびＸ線照射時間（撮影時間）をＸ線条件演算装置１０５の制御出力に基づいて、制御する。
【００１９】
Ｘ線フィルタ制御器１０１は、作業者が操作卓１１から入力したフィルタの有無およびフィルタの種類情報に基づいて、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線フィルタ２の種類および有無を制御する制御装置である。ただし、Ｘ線フィルタ２はＸ線管１から放射されるＸ線のエネルギー分布を変化する周知のＸ線フィルタである。
【００２０】
Ｘ線コリメータ制御器１０２は、作業者が操作卓１１から入力したコリメータ３の位置情報に基づいて、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線照射野１２を設定するためのＸ線コリメータ３の位置を制御する制御装置である。Ｘ線グリッド７上に斜線で示したＸ線照射野１２は、被検体４の体軸方向およびその垂直方向にそれぞれ独立に変化することができる。
【００２１】
Ｘ線検出器制御器１０３は、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線検出器８の検出タイミングおよびゲインを制御する制御装置である。本実施の形態では、Ｘ線検出器８のＸ線透視・撮影時の検出画素数は１０２４×１０２４ピクセルである。また、Ｘ線検出器８のＸ線透視時におけるフレームレートは毎秒１５フレームである。
【００２２】
Ｘ線補助検出器制御器１０４は、Ｘ線透視・撮影時におけるＸ線補助検出器９の検出タイミングおよびゲインを制御する制御装置である。本実施の形態においては、Ｘ線補助検出器９の透視時における検出画素数は１６×１６ピクセルであり、フレームレートは毎秒１００フレームである。また、Ｘ線補助検出器９の撮影時における検出画素数は１６×１６ピクセル、フレームレートは毎秒２万フレームである。
【００２３】
ただし、Ｘ線検出器８およびＸ線補助検出器９の出力信号はそれぞれの検出器内部でアナログ信号からデジタル信号に変換された後に出力される。ここで、デジタル信号へ変換する際の量子化ビット数は１２ビットであり、デジタル画像の画素値は０〜４０９５の範囲の数値として表現される。
【００２４】
画像処理装置１０７は、Ｘ線検出器８から出力されるデジタル画像に対して階調変換等の公知の画像処理を行い、前記画像処理を行った後のデジタル画像をモニタ１０に出力する装置であり、出力されたデジタル画像はモニタ１０上に表示される。
【００２５】
Ｘ線条件演算装置１０５は、Ｘ線補助検出器９の画像出力すなわち検出出力に基づいて、Ｘ線透視時においてはＸ線管１の管電圧および管電流の適正値を算出し該適正値を制御信号（制御出力）としてＸ線制御器１００に出力する。また、Ｘ線条件演算装置１０５は、Ｘ線撮影時には撮影時間をリアルタイムに判断してＸ線遮断のタイミングを制御信号としてＸ線制御器１００に出力する。またＸ線条件演算装置１０５は、Ｘ線管１の管電圧に応じて感度比テーブル１０６を読み出し、後述する方法でＸ線補助検出器９のゲインを調節する制御信号を生成し、Ｘ線補助検出器制御器１０４に出力する。
【００２６】
Ｘ線透視時において、Ｘ線管１の管電圧と管電流とは、その適正値がＸ線条件演算装置により算出され、自動設定される。
【００２７】
Ｘ線撮影時において、Ｘ線管１の管電圧と管電流とは、Ｘ線透視終了時におけるＸ線管１の管電圧および管電流に基づいてＸ線条件演算装置１０５が自動設定するが、作業者が操作卓１１から設定値を入力することによって、手動設定することも可能である。
【００２８】
Ｘ線透視・撮影時において、Ｘ線フィルタ２の有無および種類は、通常、Ｘ線管１の管電圧に基づいてＸ線条件演算装置１０５が自動設定するが、作業者が操作卓１１から設定値を入力することによって、あるいは直接Ｘ線フィルタ２を挿入することによって手動設定することも可能である。
【００２９】
Ｘ線透視・撮影時において、Ｘ線照射野１２は作業者が操作卓１１から手動設定する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係るＸ線装置の動作を図１を用いて説明する。Ｘ線透視および撮影時において、Ｘ線管１から発生されたＸ線は、まずＸ線フィルタ２によりエネルギー分布が変化され、次にＸ線コリメータ３によりＸ線照射野１２を制限された後に被検体４を透過する。また、前記Ｘ線は被検体４を透過する際に一部被検体４内部で散乱する。この散乱Ｘ線はＸ線グリッド７により大部分遮断されるが、その一部は遮断されずにＸ線グリッド７を透過する。Ｘ線グリッド７を透過した散乱Ｘ線と被検体４を散乱されずに透過した直接Ｘ線とは、同時にＸ線検出器８により検出され電気信号に変換される。この電気信号はＸ線検出器８内部のアンプにより、予め設定されたゲインで増幅された後、Ｘ線検出器８内部のＡ／Ｄ変換器によってデジタル画像信号に変換された後に出力される。このデジタル画像信号は、画像処理装置１０７により公知の階調変換等の画像処理を行われた後にモニタ１０の表示画面上に表示される。
【００３１】
Ｘ線検出器８に入力するＸ線の一部はＸ線検出器８で検出されることなく、Ｘ線検出器８を透過してＸ線補助検出器９において検出され、電気信号に変換される。この電気信号は、Ｘ線補助検出器９内部のアンプにより、予め設定されたゲインで増幅された後、Ｘ線補助検出器９内部のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換された後に出力され、Ｘ線条件演算装置１０５に入力される。
【００３２】
このようにＸ線補助検出器９はＸ線検出器８を透過してきたＸ線を検出するので、その検出信号強度はＸ線検出器８で検出される信号強度に比例する。従って、Ｘ線補助検出器９の検出信号強度からＸ線検出器８の検出信号強度を求めることができる。ただし、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９との感度比は、Ｘ線検出器８およびＸ線補助検出器９のエネルギー感度特性に依存する。このため、本実施の形態では、Ｘ線のエネルギー分布を規定するＸ線管１の各管電圧値に対して感度比を予め求めておき、感度比テーブル１０６として図示しない格納手段に保存しておく。このように、感度比を感度比テーブル１０６として格納しておき、必要に応じて参照することにより、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９とにおける検出信号強度の推定を高速かつ精確に行うことができる。
【００３３】
Ｘ線透視時においては、Ｘ線条件演算装置１０５はその時点におけるＸ線管の管電圧から感度比テーブル１０６を参照し、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９との現在の管電圧における感度比を読み出す。次に、Ｘ線検出器８のゲインに対してＸ線補助検出器９のゲインが読み出した感度比倍となるように、Ｘ線条件演算装置１０５の制御出力に基づいてＸ線補助検出器制御器１０４がＸ線補助検出器９のゲインを制御する。このとき、Ｘ線補助検出器９から入力される画像信号は、Ｘ線検出器８において検出される画像信号強度と同等になる。更に、Ｘ線補助検出器９から入力される画像信号強度に基づき、前記画像信号強度を適正値にするＸ線管１の管電圧、管電流およびＸ線検出器８のゲインをリアルタイムに算出する。Ｘ線制御器１００およびＸ線検出器制御器１０５は前記算出値に従ってリアルタイムに各装置を制御し、制御結果はＸ線補助検出器９で検出される画像信号強度に再びフィードバックされて透視時におけるＸ線条件の自動制御系をなす。なお、Ｘ線透視時におけるＸ線条件演算装置１０５内部の処理の詳細については後述する。
【００３４】
作業者はＸ線透視時において、被検体４の見たい部位がモニタ１０の表示画面の適正な位置にくるように、操作卓１１あるいは簡易操作卓６を用いて撮像位置を合わせ、位置が合った時点において操作卓１１あるいは簡易操作卓６からＸ線撮影開始の信号を発生する。
【００３５】
Ｘ線撮影開始の信号が発生すると同時に、Ｘ線条件演算装置１０５は透視終了時の管電圧から撮影管電圧および管電流を予め設定された値に従って決定する。またＸ線条件演算装置１０５は撮影管電圧から感度比テーブル１０６を参照し、Ｘ線補助検出器９のゲインがＸ線検出器８のゲインに対して読み出した感度比倍されるように設定する。更にＸ線条件演算装置１０５はＸ線補助検出器９から画像信号が出力される度に、撮影開始時からの前記画像信号出力の積分値を計算し、前記積分値が適正値になった時点でＸ線遮断の信号を発生する。Ｘ線制御器１００は、前記Ｘ線遮断の信号が発生されると同時にＸ線管１のＸ線放射を遮断する。Ｘ線検出器８は、Ｘ線が遮断されると同時にＸ線画像を出力し、このＸ線画像は図示しないフレームメモリに保存されてＸ線撮影を終了する。なお、Ｘ線撮影時におけるＸ線条件演算装置１０５内部の処理の詳細については後述する。
【００３６】
図２は、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９との感度比のＸ線エネルギー依存性の一例を表すグラフである。いま、Ｘ線検出器８で検出される画像信号強度をＩＡ、Ｘ線補助検出器９で検出される画像信号強度をＩＢとすると（以下、添え字Ａ、ＢはそれぞれＸ線検出器８およびＸ線補助検出器９を表すものとする）ＩＡおよびＩＢは次式で近似できる。
【００３７】
【数１】

【００３８】
【数２】

【００３９】
但し、Ｉは入射Ｘ線強度、Ｇは検出器のゲイン、Ｅは各管電圧におけるＸ線の平均エネルギー、μ、ｔはそれぞれＸ線検出器８内部のＸ線検出層のＸ線吸収係数および厚さ、μ’、ｔ’はそれぞれＸ線検出器８の基板全体のＸ線吸収係数および厚さを表す。数１、２より感度比ＩＡ／ＩＢは次式で得られる。
【００４０】
【数３】

【００４１】
なお、本実施の形態では、Ｘ線補助検出器９としてＸ線検出器８と同一のものを使用しているため、数３は更に次式となる。
【００４２】
【数４】

【００４３】
従って、感度比ＩＡ／ＩＢを１にするためには、Ｘ線補助検出器９のゲインＧＢをＩＡ／ＩＢ倍すればよい。ただし、数１〜４において、μ、ｔ、μ’、ｔ’はＸ線検出器８（およびＸ線検出器８と同一なＸ線補助検出器９）の素材および構成によって決まる値である。
【００４４】
次に、図７を用いてＸ線検出器８の素材および構成について説明する。図７は、Ｘ線検出器８の断面図である。この断面図から明らかなように、本実施の形態に係るＸ線検出器８は、大きくヨウ化セシウム柱状結晶層７００、シリコン基板７０５、導電性基板６０６の３層から構成される。このうち、ヨウ化セシウム柱状結晶層７００はＸ線検出層であり、Ｘ線を光に変換する。ヨウ化セシウム柱状結晶層７００は、保護膜７０４を介してシリコン基板７０５に接着している。シリコン基板７０５はシリコン単結晶基板であり、基板上には出力配線６０８、絶縁膜７０１、ＭＯＳトランジスタスイッチ６０９、コンタクト７０３、フォトダイオード６１０等が設けられており、変換された光はフォトダイオード６１０によって電気信号に変換され、ＭＯＳトランジスタスイッチ６０９によって、各画素毎に順次読み出される。なお、ＭＯＳトランジスタスイッチ６０９のドレインおよびゲートは、アルミニウムを用いたコンタクト７０３を介して出力配線６０８およびゲート線６０７に接続されている。ただし、シリコン基板７０５は、銀ペースト等の周知の導電性接続膜７０２を介してアルミニウムの導電性基板６０６に接着されている。また、シリコン基板７０５には、導電性接続膜７０２を介して導電性基板６０６からグランド電圧が供給される。
【００４５】
図７において、ヨウ化セシウム柱状結晶層７００の厚さｔは０．４［ｍｍ］である。また、シリコン基板７０５の厚さは２［ｍｍ］、導電性基板６０６の厚さは２［ｍｍ］である。その他の構成部品に関しては、Ｘ線吸収材という観点においては、その大きさが殆ど無視できる。
【００４６】
図７に示されるＸ線検出器８の構成に対して数４を用いて感度比のＸ線エネルギー依存性を計算した結果が図２である。なお、図２においてゲイン比ＧＡ／ＧＢは１で正規化してある。図２から明らかなように、感度比はＸ線エネルギーが低い程高くなり、５０［ｋｅＶ］における感度比は１００［ｋｅＶ］における感度比の約２倍となっている。従って、このような感度比の補正を行わなければ、Ｘ線補助検出器９の出力信号強度からＸ線検出器８の出力信号強度を精確に推定することができず、透視および撮影時における自動露出制御の精度が低下してしまう。
【００４７】
図３は、本実施の形態の感度比テーブルの構成を説明するための図である。この感度比ＩＡ／ＩＢは、実際にはＸ線の各管電圧に対して、Ｘ線検出器８およびＸ線補助検出器９でそれぞれ検出される出力信号強度ＩＡ、ＩＢを測定して、その感度比を求めてテーブル値とする。また、感度比は各管電圧におけるＸ線のエネルギースペクトルに依存するため、Ｘ線フィルタを変えると変化する。従って、本実施の形態では、使用する全てのＸ線フィルタに対して予め感度比を測定し、感度比テーブル１０６として格納しておくことにより、Ｘ線フィルタ２の挿入によってＸ線エネルギー分布が変化した場合であっても、当該感度比テーブル１０６を参照するのみで、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９との感度比を求めることができるので、Ｘ線検出器８で検出されるＸ線量を高速かつ精確に見積もることができる。なお、Ｘ線のエネルギースペクトルは被検体内部における光電効果やコンプトン散乱によっても変化する。通常、管電圧は被検体を模擬するアクリル板等の厚さに対して決定されており、アクリル厚が厚くなる程、管電圧が高くなるように設定される。従って、感度比テーブルを作成する際は、各管電圧に対応するアクリル板等の模擬被検体を挿入し、このとき計測される感度比の値をテーブル値とすればよい。
【００４８】
次に、図４にＸ線透視時におけるＸ線条件演算装置１０５の構成および内部の処理の流れを説明するための図を示し、以下、図４に基づいてＸ線透視時における動作を説明する。Ｘ線透視時においては、Ｘ線管１から放射され被検体４を透過したＸ線はＸ線検出器８で検出され、更にＸ線検出器８を透過したＸ線はＸ線補助検出器９で検出される。Ｘ線補助検出器９で検出されたＸ線は、当該検出器のアンプでゲインＧＢで増幅された後、１６×１６画素のデジタル画像に変換され毎秒１００フレームのフレームレートで出力される。
【００４９】
Ｘ線補助検出器９から出力された画像信号は、Ｘ線照射野内データ選択手段４０１、関心領域内データ選択手段４０２、重み付け平均値演算手段４０３においてそれぞれの処理が行われる。なお、上記手段４０１〜４０３における処理の詳細については特願平９−１１９１０２号公報にその詳細が記述されているので、以下の説明ではその概要のみを示す。
【００５０】
まず、Ｘ線補助検出器９から出力された画像信号はＸ線照射野内データ選択手段４０１によって、Ｘ線照射野内部において計測されたデータのみが選択される。これは、Ｘ線非照射部分の不要なデータが後に行われる平均値演算において影響するのを防ぐためである。
【００５１】
Ｘ線照射野内データ選択手段４０１の出力値は、次に関心領域内データ選択手段４０２によって、関心領域内部のデータのみが選択され、出力される。この関心領域は作業者によって予め操作卓１１から入力され、作業者の特に関心の高い領域が選択される。なお、作業者はＸ線透視中においても関心領域を自由に変更することもできる。
【００５２】
次に関心領域内データ選択手段４０２の出力値は、重み付け平均値演算手段４０３によって、周知の重み付け処理が行われた後に全データの平均値が計算され、出力される。重み付け処理は、入力画像のヒストグラムに対して、重み関数と呼ばれる関数を積算する処理であり、具体的には中間濃度値の、重要性の高い部分に高い重みを付け、低濃度部分（被写体厚が非常に厚く、Ｘ線が殆ど透過しない部分）や高濃度部分（被写体厚が非常に薄く、Ｘ線が殆ど透過してしまう部分）に低い重みを付ける処理である。これにより、画像中の造影剤部分やハレーション部分が露出制御に大きな影響を与えることを防ぐことができる。本実施の形態においては、重み関数として正規分布を用い、作業者は正規分布の平均値および分散を任意に設定できるようになっている。ただし、重み関数として、χ^２（カイ２乗）分布、Ｆ分布もしくはｔ分布等の確率分布関数や、あるいは、作業者が任意に作成した関数等を使用することもできる。
【００５３】
以上がＸ線照射野内データ選択手段４０１、関心領域内データ選択手段４０２および重み付け平均値演算手段４０３における処理の概要である。
【００５４】
重み付け平均値演算手段４０３から出力される重み付け平均値は、最後に透視条件演算手段４０４に入力され、Ｘ線検出器８の出力信号強度を適正値にするＸ線管１の管電圧、管電流およびＸ線検出器８のゲインＧＡの計算が行われる。具体的には、重み付け平均値が適正値に満たない場合は、Ｘ線管１の管電圧および管電流を増加するようにそれぞれの値の設定を行い、逆に重み付け平均値が適正値を越える場合はＸ線管１の管電圧および管電流を減少するように設定を行う。また、このようにして設定されたＸ線管１の管電圧および管電流値が、Ｘ線管１の最大容量を越える場合、あるいは、前記設定値における被検体４のＸ線被曝量が予め設定された最大被曝量を越える場合には、Ｘ線条件演算装置１０５の制御出力に基づいてＸ線検出器制御器１０３がＸ線検出器８のゲインを増加することによって、前記重み付け平均値が適正値になるように設定される。
【００５５】
また、この透視条件演算手段４０４は同時にその時点におけるＸ線管１の管電圧およびＸ線フィルタ２の種類に応じて、対応する感度比ＩＢ／ＩＡの値を感度比テーブル１０６から読み出し、Ｘ線補助検出器９のゲインＧＢ＝ＧＡ・ＩＢ／ＩＡの値を算出する。
【００５６】
Ｘ線制御器１００、Ｘ線検出器制御器１０３およびＸ線補助検出器制御器１０４は前述した算出値に従ってリアルタイムに各装置を制御し、制御結果はＸ線補助検出器９で検出される出力信号強度に再びフィードバックされて透視時におけるＸ線条件の自動制御系をなす。
【００５７】
次に、図５にＸ線撮影時におけるＸ線条件演算装置１０５の構成および内部処理の流れを説明するための図を示し、以下、図５に基づいてＸ線撮影時におけるＸ線条件演算装置１０５の動作を説明する。Ｘ線透視による被検体４の位置合わせが終了し、Ｘ線撮影開始の信号が発生すると、Ｘ線条件演算装置１０５中の撮影条件演算手段５００は、透視終了時の管電圧から撮影管電圧を決定する。ただし、透視終了時の管電圧と撮影管電圧の関係は、作業者が操作卓１１から予め設定した値にしたがう。また、撮影管電流およびＸ線検出器８のゲインＧＡは撮影管電圧に基づき決定され、これら両者の関係も作業者が操作卓１１から予め設定してある。更には撮影条件演算手段５００は、前記撮影管電圧および撮影時のＸ線フィルタ２の種類に応じて、対応する感度比ＩＢ／ＩＡの値を感度比テーブル１０６から読み出し、Ｘ線補助検出器９のゲインＧＢ＝ＧＡ・ＩＢ／ＩＡの値を算出する。
【００５８】
Ｘ線制御器１００、Ｘ線検出器制御器１０３およびＸ線補助検出器制御器１０４は、Ｘ線条件演算装置１０５の算出値に従ってリアルタイムに各装置を設定し、この設定が終了すると同時にＸ線管１のＸ線放射を開始する。
【００５９】
Ｘ線検出器８は、Ｘ線放射が開始されると同時に撮影を開始し、Ｘ線放射が終了するまでフレームの読み出しは行わない。これに対し、Ｘ線補助検出器９はＸ線放射が開始されると同時に１６×１６画素のデジタル画像を毎秒２万フレームのフレームレートで読み出す。
【００６０】
Ｘ線補助検出器９から画像信号が入力されると、積分画像生成手段５０１はＸ線撮影開始時からの出力画像の積分画像を計算する。このときの積分画像の計算は、Ｘ線補助検出器９から画像が出力される度に、図示しないフレームメモリに出力画像を加算することで容易に実現できる。
【００６１】
次にこの積分画像は、Ｘ線照射野内データ選択手段４０１、関心領域内データ選択手段４０２、重み付け平均値演算手段４０３においてそれぞれの処理が行われる。ここで、前記各処理の内容についてはＸ線透視時と同一であるため、説明を省略する。
【００６２】
最後に、重み付け平均値が撮影時間判断手段５０２に入力されると、撮影時間判断手段５０２は入力された重み付け平均値を適正値と比較し、適正値に満たない場合は再び積分画像生成手段５０１に戻り前述の処理を繰り返す。一方、重み付け平均値が、適正値を越えた場合は直ちにＸ線遮断信号を発生する。Ｘ線制御器１００は、Ｘ線遮断信号が発生されると同時にＸ線を遮断して撮影を終了する。
【００６３】
Ｘ線撮影時において、Ｘ線補助検出器９のフレームレートを毎秒２万フレーム（読み込み時間０．０５［ｍｓ］）と高速にするのは、Ｘ線撮影時に必要な時間精度１［ｍｓ］程度に対して、十分な時間精度を確保するためである。このため、本実施の形態のＸ線補助検出器９は、高速な信号読み出しを可能にするための特別な工夫がされており、これについて以下に説明する。
【００６４】
図６は、Ｘ線検出器８およびＸ線補助検出器９の回路構成図である。各画素はフォトダイオード６１０およびＭＯＳトランジスタスイッチ６０９から構成され、各画素がマトリクス状に配置されている。図面を判り易くするために、図６では全画素のうち５×７画素のみを示しているが、実際には１０２４×１０２４画素存在する。
【００６５】
ＭＯＳトランジスタスイッチ６０９のゲートはゲート線６０７を介して、切り換え手段となるスイッチ６０２にそれぞれ接続されている。該スイッチ６０２は各ゲート線６０７をｙ方向走査回路６００または６０１のどちらか一方に接続する。ここで、ゲート線６０７がｙ方向走査回路６００に接続された場合、複数のゲート線６０７に対して同時にゲート電圧をかけることができる。図面を判り易くするために、図６では４本のゲート線６０７が束ねられているが、実際には６４本のゲート線６０７が束ねられる。
【００６６】
ＭＯＳトランジスタスイッチ６０９のドレインは出力配線６０８を介してスイッチ６１３にそれぞれ接続されている。スイッチ６１３は出力配線６０８を出力回路６０３または６０４のどちらか一方に接続する。ここで、出力配線６０８が出力回路６０４に接続された場合、複数の出力配線６０８に蓄えられる電荷の合計値を読み出すことができる。図面を判り易くするために、図６では４本の出力配線６０８が束ねられているが、実際には６４本の出力配線６０８が束ねられる。
【００６７】
出力回路６０３、６０４は入力信号電荷を増幅して信号電圧に変換する増幅手段であるアンプ６０５から構成されている。アンプ６０５はゲインを任意の値に調整できる。出力回路６０３、６０４の出力はＡ／Ｄコンバーター６１１、６１２にそれぞれ接続されており、各画素に対応する信号を順次読み出してデジタル信号に変換される。なお図６において、フォトダイオード６１０、ＭＯＳトランジスタスイッチ６０９等は全て単結晶のシリコン基板７０５上に形成されている。
【００６８】
次に、図６に基づいて本検出器の動作について説明する。
【００６９】
本検出器をＸ線検出器８として使用する場合、スイッチ６０２およびスイッチ６１３はゲート線６０７および出力配線６０８をそれぞれｙ方向走査回路６０１および出力回路６０３に接続する。入射光によりフォトダイオード６１０内に生じた信号電荷は、そのままフォトダイオード６１０内に蓄えられ、ｙ方向走査回路６０１がゲート線６０７を介してＭＯＳトランジスタスイッチ６０９をオンにする度に所定のタイミングで出力配線６０８上に読み出される。読み出された信号電荷は出力回路６０３に入力されて信号電圧に変換、かつ所定のゲインで増幅され、Ａ／Ｄコンバーター６１１によって各画素毎に順次デジタル信号に変換される。このように、本検出器をＸ線検出器８として使用する場合は全ての画素値を走査するため、空間分解能の高い画像が得られる。しかしながら、フレームレートがＡ／Ｄコンバーター６１１の速度によって制限されるため、高速な読み出しが困難である。なお、本検出器をＸ線検出器８として使用する場合のフレームレートは毎秒１５フレームである。
【００７０】
次に、本検出器をＸ線補助検出器９として使用する場合には、スイッチ６０２およびスイッチ６１３はゲート線６０７および出力配線６０８をそれぞれｙ方向走査回路６００および出力回路６０４に接続する。入射光によりフォトダイオード６１０内に生じた信号電荷は、そのままフォトダイオード６１０内に蓄えられ、ｙ方向走査回路６００がゲート線６０７を介してＭＯＳトランジスタスイッチ６０９をオンにする度に、所定のタイミングで出力配線６０８上に読み出される。ここで、ｙ方向走査回路６００は同時に６４本のゲート線６０７を介してＭＯＳトランジスタスイッチ６０９をオンにするため、出力配線６０８上にはｙ方向に６４個分のフォトダイオード６１０に蓄えられていた電荷の合計値が読み出される。次に、読み出された信号電荷は出力回路６０４に入力されて信号電圧に変換、かつ所定のゲインで増幅され、Ａ／Ｄコンバーター６１２によって各画素毎に順次デジタル信号に変換される。ここで、出力回路６０４は６４本の出力配線６０８に読み出された信号電荷の合計値を読み出すので、本走査方法では６４×６４画素分の電荷を１画素として読み出し、Ａ／Ｄコンバーター６１２は合計１６×１６画素分のデータを出力する。このように、本検出器をＸ線補助検出器８として使用する場合は６４×６４画素分の電荷を同時に読み出すので、Ａ／Ｄコンバーター６１２は、全画素を読み出す場合の４０９６倍の速度で１フレームを読み出すことができる。これに対して、１フレームが１６×１６画素のデータとなるため、空間分解能は低くなるが、Ｘ線自動露出用のデータとしては十分である。なお、本検出器をＸ線補助検出器９として使用する場合のフレームレートは毎秒２万フレームである。
【００７１】
本検出器をＸ線検出器８として用いる場合、全画素のうち殆どの画素が正常に動作する必要があるが、このような検出器の製造は一般に困難であり、製造における歩留まりが低いという問題がある。しかし、本検出器をＸ線補助検出器９として使用する場合、上記のように６４×６４画素分の電荷を１画素として読み出すため、幾つかの画素がドット落ちあるいはライン落ちしていても、全体的には大きな問題にならない。従って、検出器の製造過程で生じた不良品をＸ線補助検出器９として使用することができる。すなわち、従来破棄していた不良品をＸ線補助検出器９として利用できるので、製品コストを下げることができるという効果がある。また、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９は同一の形状、検出範囲、材質を有するという点においても、好ましい。すなわち、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９とにおける検出エネルギー依存性を同一にすることができるので、Ｘ線検出器８とＸ線補助検出器９とにおける検出差を小さくできる。したがって、Ｘ線補助検出器９で検出するＸ線量を精度よく推定することができる。
【００７２】
以上説明したように、Ｘ線検出器として平面型Ｘ線検出器を使用した場合、光学像をフォトセンサで一部採光する従来の自動露出方法が適用できなくなるが、本実施の形態のＸ線装置では、前記平面型Ｘ線検出器の背面に補助Ｘ線検出器を配置して平面型Ｘ線検出器で検出される信号強度を推定できるので、前記推定値に基づきＸ線透視時およびＸ線撮影時におけるＸ線量を自動的に適正値に制御することができる。
【００７３】
また、平面型Ｘ線検出器と補助Ｘ線検出器との感度比を各管電圧およびＸ線フィルタの組み合わせに対して補正するので、Ｘ線透視時およびＸ線撮影時におけるＸ線量をより精確に制御することができる。更に、平面型Ｘ線検出器を製作する過程で発生した不良品を補助Ｘ線検出器として利用することができるので、製品コストを抑えることができる。
【００７４】
さらには、推定手段として機能する透視条件演算手段４０４あるいは撮影条件演算手段５００が、Ｘ線透視時あるいはＸ線撮影時におけるＸ線補助検出器９のゲインＧＢをそれぞれ算出し、Ｘ線補助検出器制御器１０４に出力することによって、当該Ｘ線補助検出器９で検出されるＸ線強度が極端に小さい場合であってもその出力信号を大きくできるので、この出力信号をＡ／Ｄ変換器６１１，６１２でデジタル信号に変換する際に生じる量子化誤差を抑えることができる。したがって、Ｘ線透視時およびＸ線撮影時におけるＸ線量をさらに精確に制御することができ、高画質のＸ線透視およびＸ線撮影ができる。
【００７５】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更しうることはいうまでもない。例えば、本実施の形態ではＸ線補助検出器９としてＸ線検出器８と同一のものを使用したが、これを蛍光板および光電子増倍管を組み合わせた検出器や、蛍光板および複数のフォトダイオードを組み合わせた検出器等を用いてもよい。また、本実施の形態で述べた平面型Ｘ線検出器は単一シリコン結晶上にフォトダイオードおよびＭＯＳトランジスタスイッチを形成する構成であったが、アモルファスシリコン上で同一のものを形成した平面型Ｘ線検出器や、アモルファスセレンをＸ線センサとして使用した平面型Ｘ線検出器等でこれを代用してもよい。また、本発明は一般的なＸ線透視装置、Ｘ線撮影装置、立体Ｘ線撮影装置等にも適用できることは勿論である。
【００７６】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００７７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００７８】
（１）平面Ｘ線検出器を使用した場合であってもＸ線透視時およびＸ線撮影時のＸ線量を適正にコントロールすることができる。
【００７９】
（２）高画質のＸ線像すなわち診断能力の高いＸ線像を撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＸ線装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態におけるＸ線検出器とＸ線補助検出器との感度比のＸ線エネルギー依存性の一例を表すグラフである。
【図３】本実施の形態の感度比テーブルの構成を説明するための図である。
【図４】Ｘ線透視時におけるＸ線条件演算装置の構成および内部の処理の流れを説明するための図である。
【図５】Ｘ線撮影時におけるＸ線条件演算装置１０５の構成および内部処理の流れを説明するための図である。
【図６】本実施の形態においてＸ線検出器およびＸ線補助検出器として使用する平面型Ｘ線検出器の回路構成図である。
【図７】本実施の形態においてＸ線検出器およびＸ線補助検出器として使用する平面型Ｘ線検出器の構造を説明するための断面図の一部である。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２…Ｘ線フィルタ、３…Ｘ線コリメータ、４…被検体、５…寝台天板、６…簡易操作卓、７…Ｘ線グリッド、８…Ｘ線検出器、９…Ｘ線補助検出器、１０…モニタ、１１…操作卓、１２…Ｘ線照射野、１００…Ｘ線制御器、１０１…Ｘ線フィルタ制御器、１０２…Ｘ線コリメータ制御器、１０３…Ｘ線検出器制御器、１０４…Ｘ線補助検出器制御器、１０５…Ｘ線条件演算装置、１０６…感度比テーブル、１０７…画像処理装置、４０１…Ｘ線照射野内データ選択手段、４０２…関心領域内データ選択手段、４０３…重み付け平均値演算手段、４０４…透視条件演算手段、５００…撮影条件演算手段、５０１…積分画像生成手段、５０２…撮影時間判断手段、６００，６０１…ｙ方向走査回路、６０２…スイッチ、６０３，６０４…出力回路、６０５…アンプ、６０６…導電性基板、６０７…ゲート線、６０８…出力配線、６０９…ＭＯＳトランジスタ、６１０…フォトダイオード、６１１，６１２…Ａ／Ｄ変換器、７００…ヨウ化セシウム柱状結晶層、７０１…絶縁膜、７０２…導電性接続膜、７０３…コンタクト、７０４…保護膜、７０５…シリコン基板。

Claims

Ｘ線を発生し被検体に照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線の照射野を制限するＸ線照射野制限手段と、前記被検体を透過した後のＸ線像を検出する第１の平面型Ｘ線検出器と、前記被検体を透過したＸ線強度を計測する第２の平面型Ｘ線検出器と、該第２の平面型Ｘ線検出器による計測値に基づいて照射Ｘ線のエネルギー分布および出力量を所定の値に調整するＸ線出力調整手段とを有し、前記第１の平面型Ｘ線検出器のＸ線の入力面とは反対の側に前記第２の平面型Ｘ線検出器が配置され、前記第２の平面型Ｘ線検出器は前記第１の平面型Ｘ線検出器と同一の構造を有することを特徴とするＸ線装置。
請求項１に記載のＸ線装置において、
前記Ｘ線出力調整手段は、前記第２の平面型Ｘ線検出器に入射するＸ線強度およびエネルギー分布に基づいて、前記第１の平面型Ｘ線検出器に入射するＸ線強度を推定する推定手段を具備することを特徴とするＸ線装置。
請求項１に記載のＸ線装置において、
前記Ｘ線出力調整手段は、前記第２の平面型Ｘ線検出器で計測したＸ線強度に基づいて、Ｘ線撮影時における撮影時間を制御する手段を具備することを特徴とするＸ線装置。