JP4724277B2 - 画像撮影装置、画像撮影方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像撮影技術に関するものであり、例えば、センサで直接検出して被写体を撮像する画像撮影技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ある種の蛍光体に放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等）を照射すると、この放射線エネルギーの一部が蛍光体中に蓄積され、この蛍光体に可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギーに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られており、このような性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体（輝尽性蛍光体）と呼ばれる。
【０００３】
この蓄積性蛍光体を利用して、人体等の被写体の放射線画像情報を一旦蓄積性蛍光体のシートに記録し、この蓄積性蛍光体シートをレーザ光等の励起光で走査して輝尽発光光を生ぜしめ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取って画像信号を得、この画像信号に基づき写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に被写体の放射線画像を可視像として出力させる放射線画像情報記録再生システムが提案されている（特開昭５５−１２４２９号、同５６−１１３９５号など）。
【０００４】
また、近年においては半導体のセンサを使用して同様にＸ線画像を撮影する装置が開発されている。これらのシステムは、従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して極めて広い放射線露出域にわたって画像を記録しうるという実用的な利点を有している。すなわち、非常に広いダイナミックレンジのＸ線を光電変換手段により読み取って電気信号に変換し、この電気信号を用いて写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に放射線画像を可視像として出力させることによって、放射線露光量の変動に影響されない放射線画像を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体センサを使用したフラットパネルセンサにおいては、各画素の読み出しのスイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が主に使用される。まれにはダイオードが使用される場合もある。
【０００６】
Ｘ線装置においては、光入力時間はＸ線の曝射期間に相当する。システムの要求としては、Ｘ線曝射後に直ちにデータを読み出すことにより、曝射後短い時間でＸ線画像をユーザに提供することが可能になる。
【０００７】
また、画素に対応しているオフセットの増加を考慮に入れても曝射後直ちに読み出すことは理屈に適ったことである。しかし、Ｘ線曝射期間に相当する光入力直後にセンサから電荷を読み出すと、画素間のクロストークが起きる問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、画素間のクロストークを軽減させた画像を撮影することができる画像撮影装置及び画像撮影方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、センサ手段と、前記センサ手段の画素間のクロストークを計測し、前記センサ手段からの読み出しを開始するまでの時間を設定する設定手段と、放射線曝射の終了から前記設定手段で設定された時間後に前記センサ手段からデータの読み出しを開始するように前記センサ手段を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする画像撮影装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、放射線曝射が終了してから所定時間待機した後にセンサ手段からデータの読み出しを開始することにより、画素間のクロストークが軽減した画像を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、実施例に沿って図面を参照しながら説明する。
画像撮影装置において、画素間のクロストークの原因の一つに、光入射直後にＴＦＴスイッチの漏洩があることがわかった。そこで、Ｘ線曝射終了の信号を検出した後に、ＴＦＴスイッチの漏洩特性がなくなる時間だけ待機して、その後にＴＦＴスイッチをＯＮして各画素の読み出しを開始するようにする。読み出し待機時間の決定に関しては、センサ製造過程のバラツキにも依存する可能性があるので、製品出荷前に個別Ｘ線入射を行って、読み出し待機時間ごとのクロストークを計測することにより決定することが可能である。
【００１２】
Ｘ線曝射終了の信号の検出に関しては、フラットパネルセンサの前面に配置される自動露出制御用のセンサ（ＡＥＣ、あるはフォトタイマと呼ばれる）、あるいはフラットパネルセンサの背面に配置される半導体センサでＸ線入射量をリアルタイムでモニタすることにより実現することが可能である。他方、Ｘ線発生装置をオンラインで結合されることを利用して、Ｘ線発生装置の高電圧の印可期間、あるい管球電流をモニタする信号を、センサ駆動装置に入力することによりＸ線曝射終了信号として、Ｘ線曝射終了から一定時間後に読み出すようにすることも可能である。
【００１３】
図１を用いて、本実施例のＸ線撮像システム（画像撮影装置）の全体を説明する。１０１はＸ線室、１０２はＸ線制御室、１０３は診断室を表している。本Ｘ線撮像システムの全体的な動作はシステム制御部１１０によって支配される。システム制御部１１０の機能は、主に以下に述べるものである。
【００１４】
まず、操作者インターフェース１１１を介して操作者からの指示を受ける。操作者インターフェース１１１は、撮影開始入力手段を含む構成である。
【００１５】
操作者インターフェース１１１は、ディスプレイ上のタッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック、フットスイッチなどがある。操作者インターフェース１１１から撮像条件（静止画、動画、Ｘ線管電圧、管電流、Ｘ線照射時間など）および撮像タイミング、画像処理条件、被検者ＩＤ、取込画像の処理方法などの設定を行うことが出来るが、ほとんどの情報は放射線情報システムから転送されるので、個別に入力する必要はない。操作者の重要な作業は、撮影した画像の確認作業である。つまり、アングルが正しいか、患者が動いていないか、画像処理が適切か等の判断をおこなう。
【００１６】
そして、システム制御部１１０はＸ線撮像シーケンスを司る撮像制御部２１４に、撮像者１０５の指示に基づいた撮像条件を指示し、データを取り込む。撮像制御部２１４はその指示に基づき、放射線源であるＸ線発生装置１２０、撮像用寝台１３０、Ｘ線検出器１４０を駆動して画像データを取り込み、画像処理部１０に転送後、操作者指定の画像処理を施してディスプレイ１６０に表示、同時に基本画像処理データを外部記憶装置１６１に保存する。
【００１７】
さらに、システム制御部１１０は撮像者１０５の指示に基づいて、再画像処理及び再生表示、ネットワーク上の装置へ画像データを転送して保存、ディスプレイ表示やフィルムヘの印刷などを行う。
【００１８】
次に、信号の流れを追って順次説明を加える。
Ｘ線発生装置１２０にはＸ線管球１２１とＸ線絞り１２３とが含まれる。Ｘ線管球１２１は撮像制御部２１４に制御された高圧発生電源１２４によって駆動され、Ｘ線ビーム１２５を放射する。Ｘ線絞り１２３は撮像制御部２１４により駆動され、撮像領域の変更に伴い、不必要なＸ線照射を行わないようにＸ線ビーム１２５を整形する。Ｘ線ビーム１２５はＸ線透過性の撮像用寝台１３０の上に横たわった被検体１２６に向けれられる。撮像用寝台１３０は、撮像制御部２１４の指示に基づいて駆動される。Ｘ線ビーム１２５は、被検体１２６および撮像用寝台１３０を透過した後にＸ線検出器１４０に照射される。
【００１９】
Ｘ線検出部１４０はグリッド１４１、シンチレータ１４２、光検出器アレー８、Ｘ線露光量モニタ（ＡＥＣ）１４４および駆動回路１４５から構成される。駆動回路１４５は、図４に示すようにＸ線露光量モニタ（ＡＥＣ）１４４のＸ線曝射終了信号、あるいは高圧発生電源１２４からの高圧印加電源あるいはＸ線管電流の信号を検出して、一定期間ウェイトした後にＴＦＴスイッチを駆動して電荷を読み出すことになる。読み出しウェイト時間は、製造するセンサのＴＦＴ特性が安定していれば定数を使用していも良いが、製造ロットごとにばらつきがあるような場合には、出荷前等に後述する読み出し回路で読み出しウェイト時間を変化させてデータを読み込み、このデータ中でのクロストーク量を計算して、画像ノイズとして影響しないウェイト時間をセンサ毎に決定してもよい。また、ウェイト時間は、撮影毎に異なる時間になるような設定であってもよいし、撮影毎に関係なく常に一定の時間になるような設定であってもよい。
【００２０】
図４において、駆動回路１４５は、読み出しウェイト回路５０１及び読み出し時間設定回路５０２を有し、ＡＥＣ１４４及び高圧発生電源１２４から入力し、光検出アレイ８を制御する。
【００２１】
図５にディレイのタイミングを示す。Ｘ線高圧印加信号やＸ線管電流信号を使用する場合は、信号が立ち下がってからＸ線が更に放出されている可能性があるので、読み出しウェイト時間は点線のように立ち上がり、Ｘ線モニター（ＡＥＣ）を使用する場合に比べて長めに設定される。駆動回路１４５の詳細については後述するが、ここで設定される読み出しウェイト時間は、読み出し開始に対するウェイト時間であり、本実施例でのウェイト時間は約１００ｍｓｅｃ程度である。ウェイト時間後、読み出し区間にて読み出しが行われる。
【００２２】
グリッド１４１は、被検体１２６を透過することによって生じるＸ線散乱の影響を低減する。グリッド１４１はＸ線低吸収部材と高吸収部材とから成り、例えば、ＡｌとＰｂとのストライプ構造をしている。そして、光検出器アレー８とグリッド１４１との格子比の関係によりモワレが生じないようにＸ線照射時には撮像制御部２１４の指示に基づいてグリッド１４１を振動させる。
【００２３】
シンチレータ１４２ではエネルギーの高いＸ線によって蛍光体の母体物質が励起され、再結合する際の再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が得られる。その蛍光はＣａＷＯ4やＣｄＷＯ4などの母体自身によるものやＣｓＩ：ＴｌやＺｎＳ：Ａｇなどの母体内に付活された発光中心物質によるものがある。
【００２４】
このシンチレータ１４２に隣接して光検出器アレー８が配置されている。この光検出器アレー８は光子を電気信号に変換する。Ｘ線露光量モニタ１４４はＸ線透過量を監視するものである。Ｘ線露光量モニタ１４４は結晶シリコンの受光素手などを用いて直接Ｘ線を検出しても良いし、イオンチャンバ方式のものを光検出器アレー８の前面に配置しても良いし、シンチレータ１４２からの光を検出してもよい。この例では、光検出器アレー８を透過した可視光（Ｘ線量に比例）を光検出器アレー８基板裏面に成膜されたアモーファスシリコン受光素子で検知し、撮像制御部２１４にその情報を送り、撮像制御部２１４はその情報に基づいて高圧発生電源１２４を駆動してＸ線を遮断あるいは調節する。駆動回路１４５は、撮像制御部２１４の制御下で、光検出器アレー（フラットパネルセンサ）８を駆動し、各画素から信号を読み出す。光検出器アレー８、周辺駆動回路１４５については後で詳述する。
【００２５】
Ｘ線検出部１４０からの画像信号は、Ｘ線室１０１からＸ線制御室１０２内の画像処理部１０へ転送される。この転送の際、Ｘ線室１０１内はＸ線発生に伴うノイズが大きいため、画像データがノイズのために正確に転送されない場合が有るため、転送路の耐雑音性を高くする必要がある。誤り訂正機能を持たせた伝送系にする事やその他、例えば、差動ドライバによるシールド付き対より線や光ファイバによる転送路を用いることが望ましい。画像処理部１０では、撮像制御部２１４の指示に基づき表示データを切り替える（後に詳しく述べる）。その他、画像データの補正、空間フィルタリング、リカーシブ処理などをリアルタイムで行ったり、階調処理、散乱線補正、ＤＲ圧縮処理などを行うことも可能である。
【００２６】
処理された画像はディスプレイアダプタ１５１を介してディスプレイ１６０に表示される。またリアルタイム画像処理と同時に、データの補正のみ行われた基本画像は、高速記憶装置１６１に保存される。高速記憶装置１６１としては、大容量、高速かつ高信頼性を満たすデータ保存装置が望ましく、例えば、ＲＡＩＤ等のハードディスクアレー等が望ましい。また、操作者の指示に基づいて、高速記憶装置１６１に蓄えられた画像データは外部記憶装置に保存される。その際、画像データは所定の規格（例えば、ＩＳ＆Ｃ）を満たすように再構成された後に、外部記憶装置に保存される。外部記憶装置は、例えば、光磁気ディスク１６２、ＬＡＮ上のファイルサーバ１７０内のハードディスクなどである。
【００２７】
本Ｘ線撮像システムは、ＬＡＮボード１６３を介して、ＬＡＮに接続する事も可能であり、ＨＩＳとのデータの互換性を持つ構造を有している。ＬＡＮには、複数のＸ線撮像システムを接続する事は勿論のこと、画像を動画・静止画を表示するモニタ１７４、画像データをファイリングするファイルサーバ１７０、画像をフィルムに出力するイメージプリンタ１７２、複雑な画像処理や診断支援を行う画像処理用端末１７３などが接続される。本Ｘ線撮像システムは、所定のプロトコル（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従って、画像データを出力する。その他、ＬＡＮに接続されたモニタを用いて、Ｘ線撮像時に医師によるリアルタイム遠隔診断が可能である。
【００２８】
図２に光検出アレー８の一例の等価回路を示す。以下の例は２次元アモーファスシリコンセンサについて説明を加えていくが、検出素子は特に限定する必要はなく、例えばその他の固体撮像素子（電荷結合素子など）あるいは光電子倍増管のような素子であってもＡ／Ｄ変換部の機能、構成については同様である。
【００２９】
さて、図２に戻って説明を加える。１素子の構成は光検出部２１と電荷の蓄積および読み取りを制御するスイッチングＴＦＴ２２とで構成され、一般にはガラスの基板上に配されたアモーファスシリコン（α−Ｓｉ）で形成される。光検出部２１中の２１Ｃはこの例では単に寄生キャパシタンスを有した光ダイオードでもよいし、光ダイオード２１Ｄと検出器のダイナミックレンジを改良するように追加コンデンサ２１Ｃを並列に含んでいる光検出器と捉えても良い。ダイオード２１ＤのアノードＡは共通電極であるバイアス配線Ｌｂに接続され、カソードＫはコンデンサ２１Ｃに蓄積された電荷を読み出すための制御自在なスイッチングＴＦＴ２２に接続されている。この例では、スイッチングＴＦＴ２２はダイオード２１ＤのカソードＫと電荷読み出し用増幅器２６との間に接続された薄膜トランジスタである。
【００３０】
信号電荷はスイッチングＴＦＴ２２とリセット用スイッチング素子２５を操作してコンデンサ２１Ｃをリセットした後に、放射線１を放射することにより、光ダイオード２１Ｄで放射線量に応じて電荷発生し、コンデンサ２１Ｃに蓄積される。その後、再度、信号電荷はスイッチングＴＦＴ２２とリセット用スイッチング素子２５を操作して容量素子に電荷を転送する。そして、光ダイオード２１Ｄにより蓄積された量を電位信号として前置増幅器２６によって読み出し、Ａ／Ｄ変換を行うことにより入射放射線量を検出する。
【００３１】
図３は２次元に配列した光電変換装置を表した等価回路図である、図２で示された光電変換素子を具体的に２次元に拡張して構成した場合における光電変換動作について述べる。
【００３２】
光検出アレー８の画素は、２０００×２０００〜４０００×４０００程度の画素から構成され、アレー面積は２００ｍｍ×２００ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍ程度である。図３において、光検出アレー８は４０９６×４０９６の画素から構成され、アレー面積は４３０ｍｍ×４３０ｍｍである。よって、１画素のサイズは約１０５μｍ×１０５μｍである。１ブロック内の４０９６画素を横方向に配線し、４０９６ラインを順に縦に配置する事により各画素を２次元的に配置している。
【００３３】
上記の例では４０９６×４０９６画素の光検出器アレー８を１枚の基板で構成した例を示したが、４０９６×４０９６画素の光検出器アレー８を２０４８×２０４８個の画素を持つ４枚の光検出器で構成することもできる。２０４８×２０４８個の検出器を４枚で１つの光検出器アレー８を構成する場合は、分割して製作する事により歩留まりが向上するなどのメリットがある。
【００３４】
前述の通り１画素は、光電変換素子２１とスイッチングＴＦＴ２２とで構成される。２１（１，１）〜２１（４０９６，４０９６）は前述の光電変換素子２１に対応するものであり、光検出ダイオードのカソード側をＫ、アノード側をＡとして表している。２２（１，１）〜２２（４０９６，４０９６）はスイッチングＴＦＴ２２に対応するものである。
【００３５】
２次元光検出器アレー８の各列の光電変換素子２１（ｍ，ｎ）のＫ電極は対応するスイッチングＴＦＴ２２（ｍ，ｎ）のソース、ドレイン導電路によりその列に対する共通の列信号線（Ｌｃ１〜Ｌｃ４０９６）に接続されている。例えば、列１の光電変換素子２１（１，１）〜２１（１，４０９６）は第１の列信号配線Ｌｃ１に接続されている。各行の光電変換素子２１のＡ電極は共通にバイアス配線Ｌｂを通して前述のモードを操作するバイアス電源３１に接続されている。各行のＴＦＴ２２のゲート電極は行選択配線（Ｌｒ１〜Ｌｒ４０９６）に接続されている。例えば、行１のＴＦＴ２２（１，１）〜２２（４０９６，１）は行選択配線Ｌｒ１に接続される。行選択配線Ｌｒはラインセレクタ部３２を通して撮像制御部３３に接続されている。ラインセレクタ部３２は例えばアドレスデコーダ３４と４０９６個のスイッチ素子３５から構成される。この構成により任意のラインＬｒｎを読み出すことが可能である。ラインセレクタ部３２は、最も簡単に構成するならば単に液晶ディスプレイなどに用いられているシフトレジスタによって構成することも可能である。
【００３６】
列信号配線Ｌｃは撮像制御部３３により制御される信号読み出し部３６に接続されている。２５は列信号配線Ｌｒをリセット基準電源２４の基準電位にリセットするためのスイッチ、２６は信号電位を増幅するための前置増幅器、３８はサンプルホールド回路、３９はアナログマルチプレクサ、４０はＡ／Ｄ変換器をそれぞれ表す。それぞれの列信号配線Ｌｒｎの信号は前置増幅器２６により増幅され、サンプルホールド回路３８によりホールドされる。その出力はアナログマルチプレクサ３９により、順次Ａ／Ｄ変換器４０へ出力され、ディジタル値に変換され画像処理部１０に転送される。
【００３７】
本実施例の光電変換装置は４０９６×４０９６個の画素を４０９６個のラインＬｃｎに分け、１列あたり４０９６画素の出力を同時に転送し、この列信号配線Ｌｃを通して４０９６個の前置増幅器２６、４０９６個のサンプルホールド部３８を通してアナログマルチプレクサ３９によって順次、Ａ／Ｄ変換器４０に出力される。
【００３８】
図３ではあたかもＡ／Ｄ変換器４０が１つで構成されているように表されているが、実際には４〜３２の系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う。これは、アナログ信号帯域、Ａ／Ｄ変換レートを不必要に大きくすることなく、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求されるためである。Ａ／Ｄ変換部について詳細は後述する。
【００３９】
蓄積時間とＡ／Ｄ変換時間とは密接な関係にあり、高速にＡ／Ｄ変換を行うとアナログ回路の帯域が広くなり所望のＳ／Ｎを達成することが難しくなる。従って、Ａ／Ｄ変換速度を不必要に速くすることなく、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求される。そのためには、多くのＡ／Ｄ変換器４０を用いてＡ／Ｄ変換を行えばよいが、その場合はコストが高くなる。よって、上述の点を考慮して適当な値を選択する必要がある。
【００４０】
放射線１の照射時間はおよそ１０〜５００ｍｓｅｃであるので、全画面の取り込み時間あるいは電荷蓄積時間を１００ｍｓｅｃのオーダーあるいはやや短めにすることが適当である。
【００４１】
例えば、全画素を順次駆動して１００ｍｓｅｃで画像を取り込むために、アナログ信号帯域を５０ＭＨｚ程度にし、例えば、１０ＭＨｚのサンプリングレートでＡ／Ｄ変換を行うと、最低でも４系統のＡ／Ｄ変換器４０が必要になる。本撮像装置では１６系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う。１６系統のＡ／Ｄ変換器４０の出力はそれぞれに対応する１６系統の図示しないメモリ（ＦＩＦＯなど）に入力される。そのメモリを選択して切り替えることで連続した１ラインの走査線にあたる画像データとして以後の画像処理部１０、あるいはそのメモリに転送される。この後、画像、グラフとしてディスプレイなどの表示装置に表示を行う。
【００４２】
以上のように、センサに光が入力した直後のＴＦＴスイッチの漏洩を考慮して、ウェイト時間を持たせる事により、画素間のクロストークを軽減、あるいは除去した画像を得る事が可能になる。
【００４３】
上記実施例の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムのコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００４４】
この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４５】
なお、上記実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一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、また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。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、放射線曝射が終了して所定時間待機した後にセンサ手段からデータの読み出しを開始することにより、画素間のクロストークが軽減した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線画像撮影装置の詳細な構成を示す図である。
【図２】センサ等価回路を示す図である。
【図３】フラットセンサパネルの回路図である。
【図４】駆動回路の構成を示す図である。
【図５】読み出しタイミングを示す図である。
【符号の説明】
８ 光検出器アレー
１０ 画像処理部
２１ 光検出部
２２ ＴＦＴ
１０１ Ｘ線室
１０２ Ｘ線制御室
１０３ 診断室
１０５ 撮像者
１１０ システム制御部
１１１ 操作者インタフェース
１２０ Ｘ線発生装置
１２１ Ｘ線管球
１２３ Ｘ線絞り
１２４ 高圧発生電源
１２５ Ｘ線ビーム
１２６ 被検体
１３０ 撮像用寝台
１４０ Ｘ線検出器
１４１ グリッド
１４２ シンチレータ
１４４ Ｘ線露光量モニタ
１４５ 駆動回路
１５１ ディスプレイアダプタ
１６０ ディスプレイ
１６１ 外部記憶装置
１６３ ＬＡＮボード
１７０ ファイルサーバ
１７２ イメージプリンタ
１７３ 画像処理用端末
１７４ モニタ
２１４ 撮像制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像撮影技術に関するものであり、例えば、センサで直接検出して被写体を撮像する画像撮影技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ある種の蛍光体に放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等）を照射すると、この放射線エネルギーの一部が蛍光体中に蓄積され、この蛍光体に可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギーに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られており、このような性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体（輝尽性蛍光体）と呼ばれる。
【０００３】
この蓄積性蛍光体を利用して、人体等の被写体の放射線画像情報を一旦蓄積性蛍光体のシートに記録し、この蓄積性蛍光体シートをレーザ光等の励起光で走査して輝尽発光光を生ぜしめ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取って画像信号を得、この画像信号に基づき写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に被写体の放射線画像を可視像として出力させる放射線画像情報記録再生システムが提案されている（特開昭５５−１２４２９号、同５６−１１３９５号など）。
【０００４】
また、近年においては半導体のセンサを使用して同様にＸ線画像を撮影する装置が開発されている。これらのシステムは、従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して極めて広い放射線露出域にわたって画像を記録しうるという実用的な利点を有している。すなわち、非常に広いダイナミックレンジのＸ線を光電変換手段により読み取って電気信号に変換し、この電気信号を用いて写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に放射線画像を可視像として出力させることによって、放射線露光量の変動に影響されない放射線画像を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体センサを使用したフラットパネルセンサにおいては、各画素の読み出しのスイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が主に使用される。まれにはダイオードが使用される場合もある。
【０００６】
Ｘ線装置においては、光入力時間はＸ線の曝射期間に相当する。システムの要求としては、Ｘ線曝射後に直ちにデータを読み出すことにより、曝射後短い時間でＸ線画像をユーザに提供することが可能になる。
【０００７】
また、画素に対応しているオフセットの増加を考慮に入れても曝射後直ちに読み出すことは理屈に適ったことである。しかし、Ｘ線曝射期間に相当する光入力直後にセンサから電荷を読み出すと、画素間のクロストークが起きる問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、画素間のクロストークを軽減させた画像を撮影することができる画像撮影装置及び画像撮影方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、センサ手段と、前記センサ手段の画素間のクロストークを計測し、前記センサ手段からの読み出しを開始するまでの時間を設定する設定手段と、放射線曝射の終了から前記設定手段で設定された時間後に前記センサ手段からデータの読み出しを開始するように前記センサ手段を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする画像撮影装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、放射線曝射が終了してから所定時間待機した後にセンサ手段からデータの読み出しを開始することにより、画素間のクロストークが軽減した画像を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、実施例に沿って図面を参照しながら説明する。
画像撮影装置において、画素間のクロストークの原因の一つに、光入射直後にＴＦＴスイッチの漏洩があることがわかった。そこで、Ｘ線曝射終了の信号を検出した後に、ＴＦＴスイッチの漏洩特性がなくなる時間だけ待機して、その後にＴＦＴスイッチをＯＮして各画素の読み出しを開始するようにする。読み出し待機時間の決定に関しては、センサ製造過程のバラツキにも依存する可能性があるので、製品出荷前に個別Ｘ線入射を行って、読み出し待機時間ごとのクロストークを計測することにより決定することが可能である。
【００１２】
Ｘ線曝射終了の信号の検出に関しては、フラットパネルセンサの前面に配置される自動露出制御用のセンサ（ＡＥＣ、あるはフォトタイマと呼ばれる）、あるいはフラットパネルセンサの背面に配置される半導体センサでＸ線入射量をリアルタイムでモニタすることにより実現することが可能である。他方、Ｘ線発生装置をオンラインで結合されることを利用して、Ｘ線発生装置の高電圧の印可期間、あるい管球電流をモニタする信号を、センサ駆動装置に入力することによりＸ線曝射終了信号として、Ｘ線曝射終了から一定時間後に読み出すようにすることも可能である。
【００１３】
図１を用いて、本実施例のＸ線撮像システム（画像撮影装置）の全体を説明する。１０１はＸ線室、１０２はＸ線制御室、１０３は診断室を表している。本Ｘ線撮像システムの全体的な動作はシステム制御部１１０によって支配される。システム制御部１１０の機能は、主に以下に述べるものである。
【００１４】
まず、操作者インターフェース１１１を介して操作者からの指示を受ける。操作者インターフェース１１１は、撮影開始入力手段を含む構成である。
【００１５】
操作者インターフェース１１１は、ディスプレイ上のタッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック、フットスイッチなどがある。操作者インターフェース１１１から撮像条件（静止画、動画、Ｘ線管電圧、管電流、Ｘ線照射時間など）および撮像タイミング、画像処理条件、被検者ＩＤ、取込画像の処理方法などの設定を行うことが出来るが、ほとんどの情報は放射線情報システムから転送されるので、個別に入力する必要はない。操作者の重要な作業は、撮影した画像の確認作業である。つまり、アングルが正しいか、患者が動いていないか、画像処理が適切か等の判断をおこなう。
【００１６】
そして、システム制御部１１０はＸ線撮像シーケンスを司る撮像制御部２１４に、撮像者１０５の指示に基づいた撮像条件を指示し、データを取り込む。撮像制御部２１４はその指示に基づき、放射線源であるＸ線発生装置１２０、撮像用寝台１３０、Ｘ線検出器１４０を駆動して画像データを取り込み、画像処理部１０に転送後、操作者指定の画像処理を施してディスプレイ１６０に表示、同時に基本画像処理データを外部記憶装置１６１に保存する。
【００１７】
さらに、システム制御部１１０は撮像者１０５の指示に基づいて、再画像処理及び再生表示、ネットワーク上の装置へ画像データを転送して保存、ディスプレイ表示やフィルムヘの印刷などを行う。
【００１８】
次に、信号の流れを追って順次説明を加える。
Ｘ線発生装置１２０にはＸ線管球１２１とＸ線絞り１２３とが含まれる。Ｘ線管球１２１は撮像制御部２１４に制御された高圧発生電源１２４によって駆動され、Ｘ線ビーム１２５を放射する。Ｘ線絞り１２３は撮像制御部２１４により駆動され、撮像領域の変更に伴い、不必要なＸ線照射を行わないようにＸ線ビーム１２５を整形する。Ｘ線ビーム１２５はＸ線透過性の撮像用寝台１３０の上に横たわった被検体１２６に向けれられる。撮像用寝台１３０は、撮像制御部２１４の指示に基づいて駆動される。Ｘ線ビーム１２５は、被検体１２６および撮像用寝台１３０を透過した後にＸ線検出器１４０に照射される。
【００１９】
Ｘ線検出部１４０はグリッド１４１、シンチレータ１４２、光検出器アレー８、Ｘ線露光量モニタ（ＡＥＣ）１４４および駆動回路１４５から構成される。駆動回路１４５は、図４に示すようにＸ線露光量モニタ（ＡＥＣ）１４４のＸ線曝射終了信号、あるいは高圧発生電源１２４からの高圧印加電源あるいはＸ線管電流の信号を検出して、一定期間ウェイトした後にＴＦＴスイッチを駆動して電荷を読み出すことになる。読み出しウェイト時間は、製造するセンサのＴＦＴ特性が安定していれば定数を使用していも良いが、製造ロットごとにばらつきがあるような場合には、出荷前等に後述する読み出し回路で読み出しウェイト時間を変化させてデータを読み込み、このデータ中でのクロストーク量を計算して、画像ノイズとして影響しないウェイト時間をセンサ毎に決定してもよい。また、ウェイト時間は、撮影毎に異なる時間になるような設定であってもよいし、撮影毎に関係なく常に一定の時間になるような設定であってもよい。
【００２０】
図４において、駆動回路１４５は、読み出しウェイト回路５０１及び読み出し時間設定回路５０２を有し、ＡＥＣ１４４及び高圧発生電源１２４から入力し、光検出アレイ８を制御する。
【００２１】
図５にディレイのタイミングを示す。Ｘ線高圧印加信号やＸ線管電流信号を使用する場合は、信号が立ち下がってからＸ線が更に放出されている可能性があるので、読み出しウェイト時間は点線のように立ち上がり、Ｘ線モニター（ＡＥＣ）を使用する場合に比べて長めに設定される。駆動回路１４５の詳細については後述するが、ここで設定される読み出しウェイト時間は、読み出し開始に対するウェイト時間であり、本実施例でのウェイト時間は約１００ｍｓｅｃ程度である。ウェイト時間後、読み出し区間にて読み出しが行われる。
【００２２】
グリッド１４１は、被検体１２６を透過することによって生じるＸ線散乱の影響を低減する。グリッド１４１はＸ線低吸収部材と高吸収部材とから成り、例えば、ＡｌとＰｂとのストライプ構造をしている。そして、光検出器アレー８とグリッド１４１との格子比の関係によりモワレが生じないようにＸ線照射時には撮像制御部２１４の指示に基づいてグリッド１４１を振動させる。
【００２３】
シンチレータ１４２ではエネルギーの高いＸ線によって蛍光体の母体物質が励起され、再結合する際の再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が得られる。その蛍光はＣａＷＯ4やＣｄＷＯ4などの母体自身によるものやＣｓＩ：ＴｌやＺｎＳ：Ａｇなどの母体内に付活された発光中心物質によるものがある。
【００２４】
このシンチレータ１４２に隣接して光検出器アレー８が配置されている。この光検出器アレー８は光子を電気信号に変換する。Ｘ線露光量モニタ１４４はＸ線透過量を監視するものである。Ｘ線露光量モニタ１４４は結晶シリコンの受光素手などを用いて直接Ｘ線を検出しても良いし、イオンチャンバ方式のものを光検出器アレー８の前面に配置しても良いし、シンチレータ１４２からの光を検出してもよい。この例では、光検出器アレー８を透過した可視光（Ｘ線量に比例）を光検出器アレー８基板裏面に成膜されたアモーファスシリコン受光素子で検知し、撮像制御部２１４にその情報を送り、撮像制御部２１４はその情報に基づいて高圧発生電源１２４を駆動してＸ線を遮断あるいは調節する。駆動回路１４５は、撮像制御部２１４の制御下で、光検出器アレー（フラットパネルセンサ）８を駆動し、各画素から信号を読み出す。光検出器アレー８、周辺駆動回路１４５については後で詳述する。
【００２５】
Ｘ線検出部１４０からの画像信号は、Ｘ線室１０１からＸ線制御室１０２内の画像処理部１０へ転送される。この転送の際、Ｘ線室１０１内はＸ線発生に伴うノイズが大きいため、画像データがノイズのために正確に転送されない場合が有るため、転送路の耐雑音性を高くする必要がある。誤り訂正機能を持たせた伝送系にする事やその他、例えば、差動ドライバによるシールド付き対より線や光ファイバによる転送路を用いることが望ましい。画像処理部１０では、撮像制御部２１４の指示に基づき表示データを切り替える（後に詳しく述べる）。その他、画像データの補正、空間フィルタリング、リカーシブ処理などをリアルタイムで行ったり、階調処理、散乱線補正、ＤＲ圧縮処理などを行うことも可能である。
【００２６】
処理された画像はディスプレイアダプタ１５１を介してディスプレイ１６０に表示される。またリアルタイム画像処理と同時に、データの補正のみ行われた基本画像は、高速記憶装置１６１に保存される。高速記憶装置１６１としては、大容量、高速かつ高信頼性を満たすデータ保存装置が望ましく、例えば、ＲＡＩＤ等のハードディスクアレー等が望ましい。また、操作者の指示に基づいて、高速記憶装置１６１に蓄えられた画像データは外部記憶装置に保存される。その際、画像データは所定の規格（例えば、ＩＳ＆Ｃ）を満たすように再構成された後に、外部記憶装置に保存される。外部記憶装置は、例えば、光磁気ディスク１６２、ＬＡＮ上のファイルサーバ１７０内のハードディスクなどである。
【００２７】
本Ｘ線撮像システムは、ＬＡＮボード１６３を介して、ＬＡＮに接続する事も可能であり、ＨＩＳとのデータの互換性を持つ構造を有している。ＬＡＮには、複数のＸ線撮像システムを接続する事は勿論のこと、画像を動画・静止画を表示するモニタ１７４、画像データをファイリングするファイルサーバ１７０、画像をフィルムに出力するイメージプリンタ１７２、複雑な画像処理や診断支援を行う画像処理用端末１７３などが接続される。本Ｘ線撮像システムは、所定のプロトコル（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従って、画像データを出力する。その他、ＬＡＮに接続されたモニタを用いて、Ｘ線撮像時に医師によるリアルタイム遠隔診断が可能である。
【００２８】
図２に光検出アレー８の一例の等価回路を示す。以下の例は２次元アモーファスシリコンセンサについて説明を加えていくが、検出素子は特に限定する必要はなく、例えばその他の固体撮像素子（電荷結合素子など）あるいは光電子倍増管のような素子であってもＡ／Ｄ変換部の機能、構成については同様である。
【００２９】
さて、図２に戻って説明を加える。１素子の構成は光検出部２１と電荷の蓄積および読み取りを制御するスイッチングＴＦＴ２２とで構成され、一般にはガラスの基板上に配されたアモーファスシリコン（α−Ｓｉ）で形成される。光検出部２１中の２１Ｃはこの例では単に寄生キャパシタンスを有した光ダイオードでもよいし、光ダイオード２１Ｄと検出器のダイナミックレンジを改良するように追加コンデンサ２１Ｃを並列に含んでいる光検出器と捉えても良い。ダイオード２１ＤのアノードＡは共通電極であるバイアス配線Ｌｂに接続され、カソードＫはコンデンサ２１Ｃに蓄積された電荷を読み出すための制御自在なスイッチングＴＦＴ２２に接続されている。この例では、スイッチングＴＦＴ２２はダイオード２１ＤのカソードＫと電荷読み出し用増幅器２６との間に接続された薄膜トランジスタである。
【００３０】
信号電荷はスイッチングＴＦＴ２２とリセット用スイッチング素子２５を操作してコンデンサ２１Ｃをリセットした後に、放射線１を放射することにより、光ダイオード２１Ｄで放射線量に応じて電荷発生し、コンデンサ２１Ｃに蓄積される。その後、再度、信号電荷はスイッチングＴＦＴ２２とリセット用スイッチング素子２５を操作して容量素子に電荷を転送する。そして、光ダイオード２１Ｄにより蓄積された量を電位信号として前置増幅器２６によって読み出し、Ａ／Ｄ変換を行うことにより入射放射線量を検出する。
【００３１】
図３は２次元に配列した光電変換装置を表した等価回路図である、図２で示された光電変換素子を具体的に２次元に拡張して構成した場合における光電変換動作について述べる。
【００３２】
光検出アレー８の画素は、２０００×２０００〜４０００×４０００程度の画素から構成され、アレー面積は２００ｍｍ×２００ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍ程度である。図３において、光検出アレー８は４０９６×４０９６の画素から構成され、アレー面積は４３０ｍｍ×４３０ｍｍである。よって、１画素のサイズは約１０５μｍ×１０５μｍである。１ブロック内の４０９６画素を横方向に配線し、４０９６ラインを順に縦に配置する事により各画素を２次元的に配置している。
【００３３】
上記の例では４０９６×４０９６画素の光検出器アレー８を１枚の基板で構成した例を示したが、４０９６×４０９６画素の光検出器アレー８を２０４８×２０４８個の画素を持つ４枚の光検出器で構成することもできる。２０４８×２０４８個の検出器を４枚で１つの光検出器アレー８を構成する場合は、分割して製作する事により歩留まりが向上するなどのメリットがある。
【００３４】
前述の通り１画素は、光電変換素子２１とスイッチングＴＦＴ２２とで構成される。２１（１，１）〜２１（４０９６，４０９６）は前述の光電変換素子２１に対応するものであり、光検出ダイオードのカソード側をＫ、アノード側をＡとして表している。２２（１，１）〜２２（４０９６，４０９６）はスイッチングＴＦＴ２２に対応するものである。
【００３５】
２次元光検出器アレー８の各列の光電変換素子２１（ｍ，ｎ）のＫ電極は対応するスイッチングＴＦＴ２２（ｍ，ｎ）のソース、ドレイン導電路によりその列に対する共通の列信号線（Ｌｃ１〜Ｌｃ４０９６）に接続されている。例えば、列１の光電変換素子２１（１，１）〜２１（１，４０９６）は第１の列信号配線Ｌｃ１に接続されている。各行の光電変換素子２１のＡ電極は共通にバイアス配線Ｌｂを通して前述のモードを操作するバイアス電源３１に接続されている。各行のＴＦＴ２２のゲート電極は行選択配線（Ｌｒ１〜Ｌｒ４０９６）に接続されている。例えば、行１のＴＦＴ２２（１，１）〜２２（４０９６，１）は行選択配線Ｌｒ１に接続される。行選択配線Ｌｒはラインセレクタ部３２を通して撮像制御部３３に接続されている。ラインセレクタ部３２は例えばアドレスデコーダ３４と４０９６個のスイッチ素子３５から構成される。この構成により任意のラインＬｒｎを読み出すことが可能である。ラインセレクタ部３２は、最も簡単に構成するならば単に液晶ディスプレイなどに用いられているシフトレジスタによって構成することも可能である。
【００３６】
列信号配線Ｌｃは撮像制御部３３により制御される信号読み出し部３６に接続されている。２５は列信号配線Ｌｒをリセット基準電源２４の基準電位にリセットするためのスイッチ、２６は信号電位を増幅するための前置増幅器、３８はサンプルホールド回路、３９はアナログマルチプレクサ、４０はＡ／Ｄ変換器をそれぞれ表す。それぞれの列信号配線Ｌｒｎの信号は前置増幅器２６により増幅され、サンプルホールド回路３８によりホールドされる。その出力はアナログマルチプレクサ３９により、順次Ａ／Ｄ変換器４０へ出力され、ディジタル値に変換され画像処理部１０に転送される。
【００３７】
本実施例の光電変換装置は４０９６×４０９６個の画素を４０９６個のラインＬｃｎに分け、１列あたり４０９６画素の出力を同時に転送し、この列信号配線Ｌｃを通して４０９６個の前置増幅器２６、４０９６個のサンプルホールド部３８を通してアナログマルチプレクサ３９によって順次、Ａ／Ｄ変換器４０に出力される。
【００３８】
図３ではあたかもＡ／Ｄ変換器４０が１つで構成されているように表されているが、実際には４〜３２の系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う。これは、アナログ信号帯域、Ａ／Ｄ変換レートを不必要に大きくすることなく、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求されるためである。Ａ／Ｄ変換部について詳細は後述する。
【００３９】
蓄積時間とＡ／Ｄ変換時間とは密接な関係にあり、高速にＡ／Ｄ変換を行うとアナログ回路の帯域が広くなり所望のＳ／Ｎを達成することが難しくなる。従って、Ａ／Ｄ変換速度を不必要に速くすることなく、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求される。そのためには、多くのＡ／Ｄ変換器４０を用いてＡ／Ｄ変換を行えばよいが、その場合はコストが高くなる。よって、上述の点を考慮して適当な値を選択する必要がある。
【００４０】
放射線１の照射時間はおよそ１０〜５００ｍｓｅｃであるので、全画面の取り込み時間あるいは電荷蓄積時間を１００ｍｓｅｃのオーダーあるいはやや短めにすることが適当である。
【００４１】
例えば、全画素を順次駆動して１００ｍｓｅｃで画像を取り込むために、アナログ信号帯域を５０ＭＨｚ程度にし、例えば、１０ＭＨｚのサンプリングレートでＡ／Ｄ変換を行うと、最低でも４系統のＡ／Ｄ変換器４０が必要になる。本撮像装置では１６系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う。１６系統のＡ／Ｄ変換器４０の出力はそれぞれに対応する１６系統の図示しないメモリ（ＦＩＦＯなど）に入力される。そのメモリを選択して切り替えることで連続した１ラインの走査線にあたる画像データとして以後の画像処理部１０、あるいはそのメモリに転送される。この後、画像、グラフとしてディスプレイなどの表示装置に表示を行う。
【００４２】
以上のように、センサに光が入力した直後のＴＦＴスイッチの漏洩を考慮して、ウェイト時間を持たせる事により、画素間のクロストークを軽減、あるいは除去した画像を得る事が可能になる。
【００４３】
上記実施例の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムのコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００４４】
この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４５】
なお、上記実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一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、また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。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、放射線曝射が終了して所定時間待機した後にセンサ手段からデータの読み出しを開始することにより、画素間のクロストークが軽減した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線画像撮影装置の詳細な構成を示す図である。
【図２】センサ等価回路を示す図である。
【図３】フラットセンサパネルの回路図である。
【図４】駆動回路の構成を示す図である。
【図５】読み出しタイミングを示す図である。
【符号の説明】
８ 光検出器アレー
１０ 画像処理部
２１ 光検出部
２２ ＴＦＴ
１０１ Ｘ線室
１０２ Ｘ線制御室
１０３ 診断室
１０５ 撮像者
１１０ システム制御部
１１１ 操作者インタフェース
１２０ Ｘ線発生装置
１２１ Ｘ線管球
１２３ Ｘ線絞り
１２４ 高圧発生電源
１２５ Ｘ線ビーム
１２６ 被検体
１３０ 撮像用寝台
１４０ Ｘ線検出器
１４１ グリッド
１４２ シンチレータ
１４４ Ｘ線露光量モニタ
１４５ 駆動回路
１５１ ディスプレイアダプタ
１６０ ディスプレイ
１６１ 外部記憶装置
１６３ ＬＡＮボード
１７０ ファイルサーバ
１７２ イメージプリンタ
１７３ 画像処理用端末
１７４ モニタ
２１４ 撮像制御部
Claims (6)
- センサ手段と、
前記センサ手段の画素間のクロストークを計測し、前記センサ手段からの読み出しを開始するまでの時間を設定する設定手段と、
放射線曝射の終了から前記設定手段で設定された時間後に前記センサ手段からデータの読み出しを開始するように前記センサ手段を駆動する駆動手段と、
を有することを特徴とする画像撮影装置。 - センサ手段と、
前記センサ手段の画素間のクロストークを計測し、前記センサ手段からの読み出しを開始するまでの時間を決定する決定手段と、
放射線曝射の終了から前記決定手段で決定された時間後に前記センサ手段からデータの読み出しを開始するように前記センサ手段を駆動する駆動手段と、
を有することを特徴とする画像撮影装置。 - 前記センサ手段は、半導体センサにより形成されることを特徴とする請求項1又は２記載の画像撮影装置。
- 前記駆動手段は、データを読み出すための薄膜トランジスタを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像撮影装置。
- センサ手段の画素間のクロストークを計測し、前記センサ手段からの読み出しを開始するまでの時間を設定する設定ステップと、
放射線曝射の終了から前記設定ステップで設定された時間後に前記センサ手段からデータの読み出しを開始するように前記センサ手段を駆動する駆動ステップと、
を有することを特徴とする画像撮影方法。 - センサ手段の画素間のクロストークを計測し、前記センサ手段からの読み出しを開始するまでの時間を決定する決定ステップと、
放射線曝射の終了から前記決定ステップで決定された時間後に前記センサ手段からデータの読み出しを開始するように前記センサ手段を駆動する駆動ステップと、
を有することを特徴とする画像撮影方法。
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