JP5496063B2 - 放射線撮影装置およびその駆動制御方法、並びに放射線撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線を利用して放射線画像を撮影する放射線撮影装置およびその駆動制御方法、並びに放射線撮影システムに関する。

放射線撮影システム、例えばＸ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線発生装置と、Ｘ線を受けて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線を被検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線の照射開始指示を入力するための照射スイッチを有している。Ｘ線撮影装置は、被検体を透過したＸ線を受けて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を制御する撮影制御装置を有している。

Ｘ線画像検出装置には、Ｘ線フイルムやイメージングプレート（ＩＰ）に代わり、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ；flat panel detector）を検出器として用いたものが最近普及している。また、ＦＰＤ等を直方体形状の筐体に内蔵した可搬型のＸ線画像検出装置（以下、カセッテという）も実用化されている。ＦＰＤには、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素がマトリックス状に配列されている。ＦＰＤは、画素毎に信号電荷を蓄積することで、被検体の画像情報を表すＸ線画像を検出し、これをデジタルな画像データとして出力する。

ＦＰＤは、Ｘ線の照射有無に関わらず画素に電荷が蓄積されることがよく知られている。この電荷は暗電荷と呼ばれ、Ｘ線の照射により発生する信号電荷にとってはノイズ成分となる。このため、ＦＰＤではＸ線の非照射時（撮影待機中）に、画素から暗電荷を掃き出すリセット動作を定期的に繰り返し行っている。また、信号電荷の蓄積中も暗電荷は発生するので、これに基づくノイズ成分を画像データから差し引くオフセット補正も行われている。

リセット動作には順次リセット方式や並列リセット方式がある。順次リセット方式は、配列画素の先頭行から順繰りに行毎暗電荷を掃き出していき、最終行に至ったら先頭行に戻って動作を繰り返す。並列リセット方式は、配列画素の複数行を一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もので、順次リセット方式よりもリセット動作に掛かる時間が短縮化する。

ところで、従来、Ｘ線発生装置とＸ線撮影装置（カセッテ）のメーカが異なり各装置同士の接続インターフェース（ケーブルやコネクタの規格、同期信号の形式等）が適合しなかったり、Ｘ線発生装置の接続インターフェースの仕様が不明なため、各装置を接続することができない場合があった。こうした場合に対応するため、近年、Ｘ線の照射開始をセンサで検出し、検出後直ちにリセット動作（空読み動作）を中止して蓄積、読み出し動作（本読み動作）に移行することで、Ｘ線発生装置と接続しなくても放射線技師の好みのタイミングでの撮影を可能としたＸ線画像検出装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１の実施形態１では、リセット動作を中止した行からリセット動作中止後の読み出し動作を開始し、最終行の読み出し後に先頭行に戻ってリセット動作を中止した行の手前まで読み出している。また、実施形態４には、リセット動作中止後の読み出し動作を先頭行から開始する態様が記載されている。なお、オフセット補正については特に記載されていない。

特開２００７−１５１７６１号公報

特許文献１の実施形態４の如く、Ｘ線の照射開始を検出してリセット動作を中止し、リセット動作中止後の読み出し動作を先頭行から開始すると、リセット動作を中止した以降の行の画像データには掃き出されなかった暗電荷のノイズ成分が上乗せされているため、リセット動作を済ませた行とリセット動作を中止した以降の行とで画像に濃淡差が生じてしまう。

実施形態１のように、リセット動作を中止した行からリセット動作中止後の読み出し動作を開始し、最終行の読み出し後に先頭行に戻ってリセット動作を中止した行の手前まで読み出しを行って、且つ一行あたりのリセット動作と読み出し動作に掛かる時間をその後の信号処理も含めて同一にすれば、結果的に濃淡差のない画像を得ることはできる。

しかし、読み出し動作を開始する行を通常の先頭行から途中の行に変更しなければならないため、画素の駆動回路（ゲートドライバ）に特別なシフトレジスタを用いる必要がある。また、読み出し動作の順番が通常と異なるため、その後の画像処理でデータを並べ替える手間が生じる。

さらに、一行あたりのリセット動作と読み出し動作に掛かる時間をその後の信号処理も含めて同一とする必要があるので、リセット動作が高速化する並列リセット方式を採用することができず、複数回読み出し動作を行ってこれらの出力を加算するオーバーサンプリングといったノイズ低減のための読み出し動作も行うことができない。

そのうえ、読み出し動作の開始行（リセット動作を中止した行）と終了行（リセット動作を中止した行の手前）は位置的には隣接するが、読み出しのタイミングが時間的に大きくずれる。このため、振動や大電流リーク等の暗電荷以外の突発的なノイズが開始行または終了行の蓄積、読み出し動作のタイミングで発生すると、開始行と終了行の境でノイズ成分の強度が不連続になるので、このノイズ成分の行毎の補正値の算出や補正する行の指定に手間が掛かる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、他の動作に制約を課さず、且つ手間の掛からない単純な構成で、リセット動作を中止した場合に生じる画質劣化を防止することにある。

本発明の放射線撮影装置は、放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の画素が配列された放射線画像検出器と、画素に発生する暗電荷を配列画素の行毎に順次掃き出すリセット動作、および信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作を前記放射線画像検出器に行わせる制御手段と、暗電荷ノイズ成分を電気信号から除去するオフセット補正を行う補正手段とを備え、前記制御手段は、放射線の照射が検出されたときに一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、放射線の蓄積動作が停止したときに配列画素の先頭行から読み出し動作を開始させ、前記補正手段は、リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うことを特徴とする。

前記補正手段は、一周期分のリセット動作の時間、および暗電荷ノイズ成分と時間の関係を示す情報に基づいて、リセット動作が中止された以降の行の電気信号から減算するオフセット補正値を算出する。

暗電荷ノイズ成分と時間の関係を示す情報は、放射線を照射せずに読み出し動作を行わせて得られた任意の時間差の二つの暗電荷ノイズ成分から求める。

リセット動作は、配列画素の先頭行から最終行まで順繰りに行毎暗電荷を掃き出す順次リセット方式である。配列画素の複数行を一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を採用してもよい。

放射線の照射有無を検出する放射線検出手段を備え、放射線源とは電気的に切り離して前記放射線画像検出器が駆動されることが好ましい。

本発明の放射線撮影装置の駆動制御方法は、放射線源から放射線の照射が検出されたときに、放射線画像検出器の画素に発生する暗電荷を配列画素の行毎に順次掃き出す一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、放射線の蓄積動作が停止したときに、放射線を受けて画素に蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作を配列画素の先頭行から開始させ、リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うことを特徴とする。

本発明の放射線撮影システムは、放射線を照射する放射線源と、前記放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の画素が配列された放射線画像検出器と、画素に発生する暗電荷を配列画素の行毎に順次掃き出すリセット動作、および信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作を前記放射線画像検出器に行わせる制御手段と、暗電荷ノイズ成分を電気信号から除去するオフセット補正を行う補正手段とを備え、前記制御手段は、放射線の照射が検出されたときに一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、放射線の蓄積動作が停止したときに配列画素の先頭行から読み出し動作を開始させ、前記補正手段は、リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うことを特徴とする。

本発明は、放射線の照射が検出されたときに放射線画像検出器の一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、放射線の蓄積動作が停止したときに配列画素の先頭行から読み出し動作を開始させ、リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うので、他の動作に制約を課さず、且つ手間の掛からない単純な構成で、リセット動作を中止した場合に生じる画質劣化を防止することができる。

Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。 ＦＰＤの電気的な構成を示す図である。 リセット動作および読み出し動作時のゲートパルスのオン／オフ状態を示すタイミングチャートである。 リセット動作、蓄積動作、および読み出し動作時のゲートパルスのオン／オフ状態の一連の流れを示すタイミングチャートである。 暗電荷ノイズ成分と時間の関係を示すグラフである。 オフセット補正部の機能を示す説明図である。 電子カセッテの動作手順を示すフローチャートである。 コンソールの処理手順を示すフローチャートである。

図１において、Ｘ線撮影システム１０は、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線撮影装置１２とからなる。Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１３と、Ｘ線源１３の駆動を制御する線源制御装置１４と、照射スイッチ１５とで構成される。Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射するＸ線管１３ａと、Ｘ線管１３ａ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）１３ｂとを有する。

Ｘ線管１３ａは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、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）とからなる。ターゲットは円板形状をしており、回転により円周軌道上で焦点が移動して、熱電子が衝突する焦点の発熱が分散する回転陽極である。照射野限定器１３ｂは、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を井桁状に配置し、Ｘ線を透過させる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。

線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対して高電圧を供給する高電圧発生器と、Ｘ線源１３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、単位時間当たりの照射量を決める管電流、およびＸ線の照射時間を制御する制御部とからなる。高電圧発生器は、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１６を通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。本例のＸ線発生装置１１は、Ｘ線撮影装置１２との通信機能を持たないものであり、管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件は、線源制御装置１４の操作パネルを通じて放射線技師により手動で設定される。

照射スイッチ１５は、放射線技師によって操作され、線源制御装置１４に信号ケーブル１７で接続されている。照射スイッチ１５は二段階押しのスイッチであり、一段階押しでＸ線源１３のウォームアップを開始させるためのウォームアップ開始信号を発生し、二段階押しでＸ線源１３に照射を開始させるための照射開始信号を発生する。これらの信号は信号ケーブル１７を通じて線源制御装置１４に入力される。

線源制御装置１４は、照射スイッチ１５からの制御信号に基づいて、Ｘ線源１３の動作を制御する。ウォームアップ開始信号を受けた場合、線源制御装置１４は、ヒータを作動させてフィラメントの予熱を行わせる他、ターゲットの回転を開始させて目標の回転速度に到達させる。ウォームアップに必要な時間は、約２００ｍｓｅｃ〜１５００ｍｓｅｃ程度である。放射線技師は、照射スイッチ１５の一段階押しでウォームアップの開始指示を入力した後、ウォームアップに必要な間をおいて二段階押しして照射開始指示を入力する。

照射開始信号を受けた場合、線源制御装置１４は、Ｘ線源１３への電力供給を開始するとともに、タイマを作動させてＸ線の照射時間の計測を開始する。そして、撮影条件で設定された照射時間が経過すると、Ｘ線の照射を停止させる。Ｘ線の照射時間は、撮影条件に応じて変化するが、静止画撮影の場合には、Ｘ線の最大照射時間が約５００ｍｓｅｃ〜約２ｓ程度の範囲に定められている場合が多く、照射時間はこの最大照射時間を上限として設定される。

Ｘ線撮影装置１２は、電子カセッテ２１、撮影台２２、撮影制御装置２３、およびコンソール２４から構成される。電子カセッテ２１は、照射検出センサ２５と、ＦＰＤ３６（図２参照）と、照射検出センサ２５およびＦＰＤ３６を収容する可搬型の筐体とからなり、Ｘ線源１３から照射されて被検体Ｈを透過したＸ線を受けてＸ線画像を出力する。電子カセッテ２１は、平面形状が略矩形状で偏平な形状を有し、平面サイズは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。

撮影台２２は、電子カセッテ２１が着脱自在に取り付け可能なスロットを有し、Ｘ線が入射する入射面をＸ線源１３と対向する姿勢で電子カセッテ２１を保持する。電子カセッテ２１は、筐体の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カセッテ用の撮影台にも取り付け可能である。なお、撮影台２２として、被検体Ｈを立位姿勢で撮影する立位撮影台を例示しているが、被検体Ｈを臥位姿勢で撮影する臥位撮影台でもよい。

図２において、ＦＰＤ３６は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板を有し、この基板上にＸ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素３７を配列してなる撮像領域３８と、画素３７を駆動して信号電荷の読み出しを制御するゲートドライバ３９と、画素３７から読み出された信号電荷をデジタルデータに変換して出力する信号処理回路４０と、ゲートドライバ３９と信号処理回路４０を制御して、ＦＰＤ３６の動作を制御する制御回路４１とを備えている。複数の画素３７は、所定のピッチで二次元にｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）のマトリクス状に配列されている。

ＦＰＤ３６は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体）を有し、シンチレータによって変換された可視光を画素３７で光電変換する間接変換型である。シンチレータは、画素３７が配列された撮像領域３８の全面と対向するように配置されている。なお、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３７は、可視光の入射によって電荷（電子−正孔対）を発生する光電変換素子であるフォトダイオード４２、フォトダイオード４２が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）、およびスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４３を備える。

フォトダイオード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。フォトダイオード４２は、下部電極にＴＦＴ４３が接続され、上部電極には図示しないバイアス線が接続されており、バイアス線を通じて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持つ上部電極と下部電極に移動し、キャパシタ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４６に、ドレイン電極がフォトダイオード４２にそれぞれ接続される。走査線４４と信号線４６は格子状に配線されており、走査線４４は、撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）、信号線４６は画素３７の列数分（ｍ列分）それぞれ設けられている。走査線４４はゲートドライバ３９に接続され、信号線４６は信号処理回路４０に接続される。

ゲートドライバ３９は、ＴＦＴ４３を駆動することにより、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を画素３７に蓄積する蓄積動作と、画素３７から信号電荷を読み出す読み出し（本読み）動作と、リセット（空読み）動作とを行わせる。制御回路４１は、通信部５２を通じて入力される撮影制御装置２３からの制御信号に基づいて、ゲートドライバ３９によって実行される上記各動作の開始タイミングを制御する。

蓄積動作ではＴＦＴ４３がオフ状態にされ、その間に画素３７に信号電荷が蓄積される。読み出し動作では、図３に示すように、ゲートドライバ３９から同じ行のＴＦＴ４３を一斉に駆動するゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、走査線４４を一行ずつ順に活性化し、走査線４４に接続されたＴＦＴ４３を一行分ずつオン状態とする。画素３７のキャパシタに蓄積された電荷は、ＴＦＴ４３がオン状態になると信号線４６に読み出されて、信号処理回路４０に入力される。

フォトダイオード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キャパシタに蓄積される。画素３７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リセット動作が行われる。リセット動作は、画素３７において発生する暗電荷を、信号線４６を通じて掃き出す動作である。

リセット動作は、例えば、一行ずつ画素３７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、図３に示すように、ゲートドライバ３９から走査線４４に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、画素３７のＴＦＴ４３を一行ずつオン状態にする。ＴＦＴ４３がオン状態になっている間、画素３７から暗電荷が信号線４６を通じて積分アンプ４７に流れる。リセット動作では、読み出し動作と異なり、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４８による積分アンプ４７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、制御回路４１からリセットパルスＲＳＴが出力され、積分アンプ４７がリセットされる。電荷の読み出しが行われない分、リセット動作に掛かる時間は読み出し動作に掛かる時間よりも短くなる。

信号処理回路４０は、積分アンプ４７、ＭＵＸ４８、およびＡ／Ｄ変換器４９を備える。積分アンプ４７は、各信号線４６に対して個別に接続される。積分アンプ４７は、オペアンプとオペアンプの入出力端子間に接続されたキャパシタとからなり、信号線４６はオペアンプの一方の入力端子に接続される。もう一方の入力端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。積分アンプ４７は、信号線４６から入力される電荷を積算し、電圧信号Ｄ１〜Ｄｍに変換して出力する。各列の積分アンプ４７の出力端子には、増幅器、サンプルホールド部（ともに図示せず）を介してＭＵＸ４８が接続される。ＭＵＸ４８の出力側には、Ａ／Ｄ変換器４９が接続される。

ＭＵＸ４８は、パラレルに接続される複数の積分アンプ４７から順に一つの積分アンプ４７を選択し、選択した積分アンプ４７から出力される電圧信号Ｄ１〜ＤｍをシリアルにＡ／Ｄ変換器４９に入力する。Ａ／Ｄ変換器４９は、入力された電圧信号Ｄ１〜Ｄｍをデジタルデータに変換して、電子カセッテ２１の筐体に内蔵されるメモリ５１に出力する。

ＭＵＸ４８によって積分アンプ４７から一行分の電圧信号Ｄ１〜Ｄｍが読み出されると、制御回路４１は、積分アンプ４７に対してリセットパルスＲＳＴを出力し、積分アンプ４７のリセットスイッチ４７ａをオンする。これにより、積分アンプ４７に蓄積された一行分の信号電荷がリセットされる。積分アンプ４７がリセットされると、ゲートドライバ３９から次の行のゲートパルスが出力され、次の行の画素３７の信号電荷の読み出しを開始させる。これらの動作を順次繰り返して全行の画素３７の信号電荷を読み出す。

全行の読み出しが完了すると、一画面分のＸ線画像を表す画像データがメモリ５１に記録される。この画像データは、メモリ５１から読み出され、通信部５２、通信ケーブル２６（図１参照）を通じて撮影制御装置２３に出力される。こうして被検体ＨのＸ線画像が検出される。

照射検出センサ２５は、ＦＰＤ３６の撮像領域３８の近傍に配置される。照射検出センサ２５は、Ｘ線の照射を受けてＸ線の入射量に応じた照射検出信号を出力する。照射検出信号は、通信ケーブル２６を通じて撮影制御装置２３に入力される。撮影制御装置２３は、照射検出信号の信号レベルを監視して、Ｘ線源１３によるＸ線の照射が開始されたことを検出する。

撮影制御装置２３は、照射検出センサ２５の照射検出信号の信号レベルが所定値以上となったとき、Ｘ線の照射が開始されたことを検出する。そして、ＦＰＤ３６の動作をリセット動作から蓄積動作へ移行させる。このとき、全行のリセット動作が途中であった場合、例えば図４に例示するように、ゲートパルスＧ３を発して三行目のリセット動作を行った後にＸ線の照射開始を検出した場合は、リセット動作を中止して直ちに蓄積動作へ移行させる。蓄積動作を開始してからの経過時間をタイマにより計時し、経過時間が撮影条件で設定された時間に達したら、ＦＰＤ３６を蓄積動作から読み出し動作へ移行させる。この読み出し動作は、リセット動作を中止した行から始めたりする特殊なものではなく、図３に示す一行目から順に信号電荷を読み出すものである。

リセット動作を途中の行で中止する場合は、ゲートドライバ３９を構成するシフトレジスタの全行のフリップフロップにクリア信号を入力してフリップフロップの保持データを“０”にし、クロック信号に応じたシフトレジスタの動作を強制的にストップさせればよい。

電子カセッテ２１は、通信ケーブル２６を通じて、リセット動作を中止した行の情報や、一周期分のリセット動作の時間（図４、図５に示すｔ１−ｔ０）の情報を撮影制御装置２３に送信する。ここで、直前のリセット動作から読み出し動作に至る時間ｔ０およびｔ１は、Ｘ線の照射時間（ＦＰＤ３６の蓄積動作時間）に応じて変化する。時間ｔ０はリセット動作を済ませた行（図４の一行目〜三行目）、時間ｔ１はリセット動作を中止した以降の行（図４の四行目以降）のそれぞれの直前のリセット動作から読み出し動作に至る時間である。図４から明らかなようにｔ０＜ｔ１であり、リセット動作を中止した以降の行のほうが暗電荷によるノイズ成分を多分に含む。なお、リセット動作を済ませた行の「直前のリセット動作」は、蓄積動作に移る前のリセット動作ＲＮ、リセット動作を中止した以降の行の「直前のリセット動作」は、リセット動作ＲＮの一回前のリセット動作ＲＮ−１をいう。

撮影制御装置２３は、通信ケーブル２６による有線方式、あるいは無線方式により電子カセッテ２１と通信可能に接続されており、電子カセッテ２１を制御する。具体的には、電子カセッテ２１に対して撮影条件を送信して、ＦＰＤ３６の信号処理の条件（増幅器のゲイン等）を設定させるとともに、ＦＰＤ３６の前記各動作を制御し、また、電子カセッテ２１からの画像データをコンソール２４に送信する。

撮影制御装置２３は、装置を統括的に制御するＣＰＵ２３ａと、電子カセッテ２１と有線方式または無線方式により通信するとともに、コンソール２４と通信ケーブル２７を介して通信する通信部２３ｂと、メモリ２３ｃとを有する。通信部２３ｂ、メモリ２３ｃはＣＰＵ２３ａに接続されている。メモリ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａが実行する制御プログラムが格納される他、電子カセッテ２１から送信されるリセット動作を中止した行の情報や一周期分のリセット動作の時間の情報、補正係数α、β（図５参照）等の各種情報が格納される。メモリ２３ｃに格納された上記各種情報は、画像データと併せてコンソール２４に送信される（図６参照）。

コンソール２４は、通信ケーブル２７で撮影制御装置２３と接続されており、撮影制御装置２３に対して撮影条件を送信するとともに、撮影制御装置２３から送信されるＸ線画像のデータに対して画像処理を施す（図６参照）。画像処理済みのＸ線画像はコンソール２４のディスプレイに表示される他、そのデータがコンソール２４内のハードディスクやメモリ、あるいはコンソール２４とネットワーク接続された画像蓄積サーバといったデータストレージデバイスに格納される。

コンソール２４は、患者の性別、年齢、撮影部位、撮影目的といった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）といった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、放射線技師により手動入力される。放射線技師は、検査オーダの内容をディスプレイで確認し、その内容に応じた撮影条件をコンソール２４の操作画面を通じて入力する。

図５において、画素３７において発生する暗電荷（によるノイズ成分の）量ｑは、時間ｔの経過とともに単純増加する。リセット動作直後（ｔ＝０）のデフォルトの暗電荷をβ、直線の傾きをαとすると、暗電荷量ｑは（１）式の時間ｔの一次関数として表される。
ｑ＝αｔ＋β・・・（１）

ここで、リセット動作を済ませた行の直前のリセット動作から読み出し動作に至る時間ｔ０の間に発生する暗電荷量ｑ０は、
ｑ０＝αｔ０＋β・・・（２）
となる。一方、リセット動作を中止した以降の行の直前のリセット動作から読み出し動作に至る時間ｔ１の間に発生する暗電荷量ｑ１は、
ｑ１＝αｔ１＋β・・・（３）
である。リセット動作を済ませた行に対するリセット動作を中止した以降の行の暗電荷量の増分Δは、
Δ＝ｑ１−ｑ０＝α（ｔ１−ｔ０）・・・（４）
である。蓄積動作およびその後の読み出し動作に掛かる時間は全画素共通であるため、ｔ１−ｔ０は一周期分のリセット動作の時間に相当する。

傾きαは、Ｘ線の非照射時に間隔を変えて読み出し動作を二回行い、そのときの時間と電荷量（実際は積分アンプ４７から出力される電圧信号、またはＡ／Ｄ変換器４９から出力されるデジタルデータ）（ｔｕ、ｑｕ）、（ｔｖ、ｑｖ）を得る。そして、これらを式（１）に代入した連立方程式（５）をαについて解いた次式（６）により求められる。
ｑｕ＝αｔｕ＋β・・・（５）
ｑｖ＝αｔｖ＋β・・・（５）
α＝（ｑｕ−ｑｖ）／（ｔｕ−ｔｖ）・・・（６）
また、切片βは次式（７）により求められる。
β＝（ｑｖ・ｔｕ−ｑｕ・ｔｖ）／（ｔｕ−ｔｖ）・・・（７）
これらα、βの値は、前述のように補正係数としてメモリ２３ｃに格納される。なお、α、βを求めるためのＸ線の非照射時の読み出し動作は、一日の作業開始前に行ってもよいし、Ｘ線撮影の都度行ってもよい。また、暗電荷以外のノイズや、周囲環境（温度）、あるいは電子カセッテ２１の動作モード等の影響を取り除くため、時間ｔｕ、ｔｖは変えずにＸ線の非照射時の読み出し動作を連続して複数回行い、各回で得られたｑｕ、ｑｖの平均値を採用してもよい。

補正係数α、βが上述のように求められるので、（２）、（３）式のｑ０、ｑ１、または（４）式の増分Δは、一周期分のリセット動作の時間が分れば算出可能となる。

図６において、コンソール２４には、画像処理部としてオフセット補正部６１が構築される。オフセット補正部６１は、撮影制御装置１６から画像データ、リセット動作を中止した行の情報、一周期分のリセット動作の時間の情報、および補正係数α、βの各種情報を受け取り、画像データから暗電荷に起因するノイズを差し引くオフセット補正を実行する。

具体的には、オフセット補正部６１は、リセット動作を中止した行の情報から、リセット動作を済ませた行（リセット動作済）とリセット動作を中止した以降の行（リセット動作未）を識別する。そして、上段に示すように、リセット動作を済ませた行の画像データから、式（２）に時間ｔ０、および補正係数α、βを代入して求めたｑ０に相当するデータ量を減算する。一方、リセット動作を中止した以降の行の画像データに対しては、下段に示すように、式（３）に時間ｔ１、および補正係数α、βを代入して求めたｑ１に相当するデータ量を減算する。言い換えれば、リセット動作を中止した以降の行は、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷の増分Δを上乗せしてオフセット補正を行う。

なお、リセット動作を中止した行が先頭行であった場合、つまり全行のリセット動作が終了して次のリセット動作に移行するときに、照射検出センサ２５で丁度Ｘ線の照射開始を検出した場合は、全行でリセット動作が済んでいるので、オフセット補正は全行ｑ０に相当するデータ量を減算する。

オフセット補正後は画像データに対してゲイン補正部（図示せず）でゲイン補正が行われ、その他各種画像処理が施されて閲覧等に供される。

以下、上記構成による作用について、図７および図８のフローチャートを参照して説明する。Ｘ線撮影システム１０で撮影を行う場合には、まず、撮影台２２にセットされた電子カセッテ２１の高さを調節して、被検体Ｈの撮影部位と位置を合わせる。また、電子カセッテ２１の高さおよび撮影部位の大きさに応じて、Ｘ線源１３の高さや照射野の大きさを調整する。

次いで、電子カセッテ２１の電源を投入する。このとき、電源回路からバイアス電圧がＦＰＤ３６の画素３７に供給されるが、ゲートドライバ３９および信号処理回路４０は動作を停止している。続いてコンソール２４から撮影条件を入力し、撮影制御装置２３を介して電子カセッテ２１に撮影条件を設定する。また、線源制御装置１４にも撮影条件を設定する。撮影条件の設定後、図７のステップ１０（Ｓ１０）に示すように、電子カセッテ２１はリセット動作を開始する。

以上の撮影準備が完了すると、放射線技師によって照射スイッチ１５が一段階押しされる。これにより線源制御装置１４にウォームアップ開始信号が送信されて、Ｘ線源１３のウォームアップが開始される。所定時間経過後に照射スイッチ１５が二段階押しされて線源制御装置１４に照射開始信号が送信され、Ｘ線の照射が開始される。

ＦＰＤ３６ではリセット動作を繰り返し行いつつ、照射検出センサ２５でＸ線の照射開始を検出している。照射検出センサ２５によりＸ線の照射開始が検出されると（Ｓ１１でＹＥＳ）、ＦＰＤ３６の制御回路４１は、途中の行であっても構わずリセット動作を中止させ（Ｓ１２）、全画素３７のＴＦＴ４３をオフ状態にして、蓄積動作へ移行させる（Ｓ１３）。蓄積動作の間、被検体Ｈを透過したＸ線がＦＰＤ３６の撮像領域３８に入射し、画素３７にはＸ線の入射量に応じた信号電荷が蓄積される。

線源制御装置１４は、撮影条件で設定された照射時間が経過するとＸ線の照射を停止する。また、ＦＰＤ３６も撮影条件で設定された照射時間に相当する所定時間経過後（Ｓ１４でＹＥＳ）、蓄積動作を終了して読み出し動作へ移行する（Ｓ１５）。読み出し動作では、先頭行から順に一行ずつ画素３７に蓄積された信号電荷が読み出され、一画面分のＸ線画像データとしてメモリ５１に記録される。この画像データは、リセット動作を中止した行の情報、一周期分のリセット動作の時間の情報、補正係数α、βの情報とともに撮影制御装置２３を介してコンソール２４に送信される（Ｓ１６）。読み出し動作後、ＦＰＤ３６は、次の撮影条件が設定されていない場合は電源投入直後の状態に戻り、設定されていた場合はＳ１０に戻りリセット動作を再開する。

図８において、コンソール２４のオフセット補正部６１では、画像データと各種情報を受けて（Ｓ２０）、各種情報を元にオフセット補正が行われる。リセット動作を済ませた行（Ｓ２１でＹＥＳ）の画像データは、ｑ０に相当するデータ量が減算される（Ｓ２２）。一方、リセット動作を中止した以降の行（Ｓ２１でＮＯ）の画像データは、ｑ０に増分Δを上乗せしたｑ１に相当するデータ量が減算される（Ｓ２３）。こうしてオフセット補正された画像データは、ゲイン補正等の各種画像処理を施された後、ディスプレイに表示されたりデータストレージデバイスに格納される。

オフセット補正前のＸ線画像は、リセット動作を済ませた行よりもリセット動作を中止した以降の行の方がΔ分濃い濃淡差のある画像であるが、リセット動作を中止した以降の行に対して増分Δを考慮したオフセット補正を行うため、オフセット補正後は濃淡差のない画質の良好な画像となる。

特許文献１の実施形態４は、放射線技師が好みのタイミングで撮影を行うことができるものの、リセット動作を済ませた行とリセット動作を中止した以降の行とで画像に濃淡差が生じる。対して本発明は、放射線技師の好みのタイミングでの撮影が可能なうえ、濃淡差のない画像を得ることができる。

リセット動作中止後の読み出し動作を従来通り先頭行から開始するので、ゲートドライバ３９を特別なものに変更することなく従来のものを使用することができる。また、途中の行から読み出し動作を開始する場合のように、その後の画像処理で画像データを並べ替える手間も生じない。

上記実施形態の順次リセット方式に代えて、配列画素の複数行を一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を用いることができる。この場合はゲートドライバ３９を構成するシフトレジスタの各グループの先頭行のフリップフロップに“１”を保持させ、クロック信号に応じて順送りする。並列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。

並列リセット方式の場合、Ｘ線の照射開始に合わせてリセット動作を中止し、増分Δを考慮せずにオフセット補正を行うと、グループ毎に濃淡差ができてしまい順次リセット方式の場合よりも画質劣化が顕著になる。このため、並列リセット方式に本発明を適用すれば、より画質劣化の防止に役立つ。

複数回読み出し動作を行ってこれらの出力を加算するオーバーサンプリングといったノイズ低減のための読み出し動作を行うこともできる。

途中の行で読み出しのタイミングに時間差が生じないので、振動や大電流リーク等の暗電荷以外の突発的なノイズが発生した場合も、簡単に補正を行うことができる。

このように本発明は、並列リセット方式やオーバーサンプリング等の他の有用な動作を採用することができ、特別なシフトレジスタを用いたりデータの並べ替えをしたりする必要がないので、リセット動作を中止した行から読み出し動作を開始し、最終行の読み出し後に先頭行に戻ってリセット動作を中止した行の手前まで読み出しを行う特許文献１の実施形態１よりも優位性がある。

Ｘ線を照射せずに読み出し動作を行って得られた任意の時間差ｔｕ、ｔｖの二つの暗電荷ノイズ成分ｑｕ、ｑｖから補正係数α、βを求めるので、被検体を通して得られたＸ線画像からリセット動作を中止した行のオフセット補正値の変化量を求めるより正確なオフセット補正が可能となる。

照射検出センサ２５でＸ線の照射開始と停止を検出し、Ｘ線源１３とは電気的に切り離して電子カセッテ２１を駆動するので、Ｘ線発生装置１１とＸ線撮影装置１２を接続するためのインターフェースを用意する必要がない。

なお、本発明に係るＸ線撮影システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Ｘ線撮影システム１０は病院の撮影室に据え置かれるタイプに限らず、回診車に搭載されるタイプや、Ｘ線源１３、線源制御装置１４、電子カセッテ２１、撮影制御装置２３等を事故、災害等の緊急医療対応が必要な現場や在宅診療を受ける患者の自宅に持ち運んでＸ線撮影を行うことが可能な可搬型のシステムに適用してもよい。

照射検出センサ２５をＦＰＤ３６の撮像領域３８の近傍に設けた例で説明したが、ＦＰＤ３６と被検体Ｈの間に配置されるフォトタイマを照射検出センサとして利用してもよい。周知のように、フォトタイマは、ＦＰＤ３６の自動露出制御（ＡＥＣ）を行うためにＸ線の照射量を測定する装置であり、ＦＰＤ３６と組み合わせて使用されるものである。フォトタイマを照射検出センサとして流用すれば、部品コストを抑えることができる。

Ｘ線源の中には、陽極が回転しない固定陽極型のものや、予熱が不要な冷陰極型の線源等、ウォームアップが不要なものもある。このため、照射スイッチとしては照射開始信号を発生する機能のみを有するものでもよい。また、ウォームアップが必要なＸ線源の場合でも、照射スイッチから線源制御装置に対して照射開始信号を入力し、線源制御装置が照射開始信号に基づいてウォームアップを開始させ、ウォームアップ終了後、照射を開始させるようにすれば、照射スイッチにウォームアップ開始信号を発生する機能を設ける必要もない。

上記実施形態では、電子カセッテ２１と撮影制御装置２３を別体で構成した例で説明したが、撮影制御装置２３の機能を制御回路４１に内蔵する等、電子カセッテと撮影制御装置を一体化してもよい。また、コンソール２４にオフセット補正部６１を構築しているが、撮影制御装置２３に設けてもよい。

上記実施形態では、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテを例に説明したが、据え置き型のＸ線画像検出装置に本発明を適用してもよい。

線源制御装置１４と撮影制御装置２３を通信可能に接続し、線源制御装置１４からのＸ線の照射開始、停止信号を撮影制御装置２３で受けて、電子カセッテ２１の駆動を制御してもよい。この場合照射検出センサ２５は不要となる。

本発明は、Ｘ線に限らず、γ線等の他の放射線を使用する撮影システムにも適用することができる。

１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線発生装置
１２ Ｘ線撮影装置
１３ Ｘ線源
１４ 線源制御装置
２１ 電子カセッテ
２３ 撮影制御装置
２３ａ ＣＰＵ
２４ コンソール
２５ 照射検出センサ
３６ ＦＰＤ
３７ 画素
４０ 信号処理回路
４１ 制御回路
６１ オフセット補正部

Claims (8)

1. 放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の画素が配列された放射線画像検出器と、
   画素に発生する暗電荷を配列画素の行毎に順次掃き出すリセット動作、および信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作を前記放射線画像検出器に行わせる制御手段と、
   暗電荷ノイズ成分を電気信号から除去するオフセット補正を行う補正手段とを備え、
   前記制御手段は、放射線の照射が検出されたときに一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、放射線の蓄積動作が停止したときに配列画素の先頭行から読み出し動作を開始させ、
   前記補正手段は、リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うことを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記補正手段は、一周期分のリセット動作の時間、および暗電荷ノイズ成分と時間の関係を示す情報に基づいて、リセット動作が中止された以降の行の電気信号から減算するオフセット補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 暗電荷ノイズ成分と時間の関係を示す情報は、放射線を照射せずに読み出し動作を行わせて得られた任意の時間差の二つの暗電荷ノイズ成分から求めることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮影装置。
4. リセット動作は、配列画素の先頭行から最終行まで順繰りに行毎暗電荷を掃き出す順次リセット方式であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
5. リセット動作は、配列画素の複数行を一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であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
6. 放射線の照射有無を検出する放射線検出手段を備え、
   前記放射線画像検出器は、放射線源とは電気的に切り離して駆動されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放射線撮影装置。
7. 放射線源から放射線の照射が検出されたときに、放射線画像検出器の画素に発生する暗電荷を配列画素の行毎に順次掃き出す一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、
   放射線の蓄積動作が停止したときに、放射線を受けて画素に蓄積された信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作を配列画素の先頭行から開始させ、
   リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うことを特徴とする放射線撮影装置の駆動制御方法。
8. 放射線を照射する放射線源と、
   前記放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の画素が配列された放射線画像検出器と、
   画素に発生する暗電荷を配列画素の行毎に順次掃き出すリセット動作、および信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作を前記放射線画像検出器に行わせる制御手段と、
   暗電荷ノイズ成分を電気信号から除去するオフセット補正を行う補正手段とを備え、
   前記制御手段は、放射線の照射が検出されたときに一連のリセット動作を中止させて放射線の蓄積動作に移行させ、放射線の蓄積動作が停止したときに配列画素の先頭行から読み出し動作を開始させ、
   前記補正手段は、リセット動作が中止された以降の行の電気信号に対して、リセット動作を中止した分溜まった暗電荷ノイズ成分の増分を上乗せしてオフセット補正を行うことを特徴とする放射線撮影システム。

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