JP6262990B2 - 放射線撮影装置、放射線撮影装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影装置の制御方法およびプログラムに関する。

近年、医療現場等で実施される放射線画像診断において、微細な固体撮像素子を各画素回路として二次元格子状に配置したＸ線検出器を用いた、Ｘ線情報を電荷に変換するＸ線撮影装置（ＦＰＤ:Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が使用されている。

ＦＰＤは、一般的に一回の撮影時に画素回路ごとにフォトダイオードによって光量を電荷に変換し、電荷をコンデンサに移し、コンデンサの電極間の電圧を読み取ることで、Ｘ線情報をＸ線の線量率に比例した電圧に変換している。ＦＰＤは一般的にコンデンサの電極間の電圧を増幅器で増幅し、増幅した信号をＡＤ変換器でデジタル値に変換し、変換後の信号を外部のＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等に出力する。また一般的にＦＰＤから出力された信号はＰＣ等で画像処理が施され、ディスプレイ等に表示される。

放射線画像診断では、操作者が明瞭なＸ線透視画像を得るために、高い線量率で撮影を行い、関心領域に高い線量率で照射された領域が含まれる場合がある。すなわちＦＰＤには、高い線量率においても被写体情報が失われず、線量率に比例した情報が得られることが求められる。一方、放射線画像診断では、組織間でＸ線の吸収特性の差が小さい部位が関心領域となる場合があり、その際は関心領域のコントラストが原理上微小となる。すなわちＦＰＤには、コントラストが微小な領域においても被写体情報が失われず、被写体が明瞭に視認できることが求められる。

しかしながら、一般にＦＰＤ内のコンデンサ及び増幅器、ＡＤ変換器にはそれぞれ入力電荷量、及び入力電圧に制限があり、制限以上の入力値に対しては出力が飽和する。すなわち一定以上の電荷、あるいは電圧が入力されるとコンデンサ、増幅器、ＡＤ変換器のいずれかの出力が、Ｘ線の入射量が増加しても一定となり、被写体情報が失われてしまう。また、一般にＦＰＤの画素回路から出力される電圧は、電源電圧の変動等によって時間的に変動するため、Ｘ線を照射しない場合でもシステムノイズと呼ばれる画素回路間の電圧ばらつきが生じる。すなわちシステムノイズの高いＦＰＤでは被写体の情報にノイズが加算され、コントラストが微小な領域において被写体情報が失われてしまう。

これに対して特許文献１では、イメージセンサのカラム領域部に備わる電圧検知部によって画素回路から出力される信号電圧を検知し、増幅率を調整可能な電圧増幅部によって出力電圧が低い画素回路は高い増幅率で増幅し、電圧が高い画素回路は低い増幅率で増幅し、ＡＤ変換器に入力することが開示されている。これによって増幅器、ＡＤ変換器での出力信号の飽和を抑止している。

特許文献２では、ＣＭＯＳセンサが画素回路毎に増幅器を備えており、増幅器のゲインが低い場合と高い場合とで画像を複数回読み出し、合成することで高ダイナミックレンジ画像を生成する方法が開示されている。

特許文献３では、現フレームの画像が入力されると、各画素回路が飽和しているか否かを入出力特性に基づき判定し、飽和していない場合には蓄積容量を大きくする決定をし、次フレームの撮影に際して蓄積容量を大きく設定することが開示されている。すなわち現フレーム画像の飽和状態に基づいて次フレームの増幅器のゲインを変更している。

特開２００４−１５７０１号公報 特許２５０５７６８号公報 特開２０１３−０６２７９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、増幅器がイメージセンサのカラム領域部に配置されているため、画素回路から増幅器への信号の転送時に信号線で発生するノイズが重畳されてしまう。すなわち、特許文献１に記載の方法では信号の飽和を抑制できるものの、ＦＰＤのシステムノイズが大きくなるという課題がある。

また、特許文献２に記載の方法では、画像を複数回読み出す必要があるため、フレームレートが半分以下になってしまうという課題がある。さらに、特許文献３に記載の方法では、現フレームの画像の飽和状態に応じた制御を現フレームに反映させることができないという課題がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、高線量率の放射線照射においても信号の飽和が精度よく抑制された高いダイナミックレンジを持ち、かつシステムノイズが低く、高フレームレートでの撮影が可能な放射線撮影装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る放射線撮影装置は、
光電変換素子を画素回路ごとに２次元に配列した放射線撮影装置であって、
前記光電変換素子の出力電荷を蓄積する第１及び第２の容量と、
前記第１の容量の電位と閾値との比較結果に基づいて前記第１及び第２の容量を並列接続するか否かを切り替えるスイッチ素子と、
前記第１の容量の電位または前記並列接続された前記第１及び第２の容量の電位を増幅して出力する増幅回路と
を備え、
前記スイッチ素子によって前記第１及び第２の容量が並列接続された場合、前記増幅回路は、前記第１の容量が接続される場合に設定されたゲインよりも低いゲインを設定することを特徴とする。

本発明によれば、高線量率の放射線照射においても信号の飽和が精度よく抑制された高いダイナミックレンジを持ち、かつシステムノイズが低く、高フレームレートでの撮影が可能になる。

本発明の実施形態に係る固体撮影素子の１画素の等価回路の一例を示す図。 本発明の実施形態に係るＸ線撮影装置の構成の一例を示す図。 本発明の実施形態に係るＸ線撮影装置が実施する画像取得処理の手順を示すフローチャート。 （ａ）本発明の実施形態に係るＸ線撮影装置が実施するオフセットデータ取得処理の手順を示すフローチャート、（ｂ）本発明の実施形態に係るＸ線撮影装置が実施するゲインデータ取得処理の手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係るＸ線撮影装置が実施する被写体の撮影開始から終了までの一連の処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態の説明では、本発明に係る放射線撮影装置として、放射線の一種であるＸ線を用いて被写体のＸ線画像データの撮影を行うＸ線撮影装置を適用した場合について説明を行う。なお、本発明においては、Ｘ線撮影装置に限らず、例えば、他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を用いて被写体の放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置に適用することも可能である。また、デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ等の放射線撮影装置以外の撮影装置に適用することも可能である。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影装置が備える固体撮像素子の１画素の等価回路（画素回路）であり、図２は、本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影装置の全体構成を示す図である。最初に図２を参照して全体構成を説明し、その後図１を参照して固体撮像素子の１画素の等価回路の詳細を説明していく。図２において、Ｘ線撮影装置２００は、Ｘ線照射部２０１と、Ｘ線検出部２０２と、撮影条件設定部２０３と、撮影制御部２０４と、画像補正部２０５と、画像処理部２０６と、画像表示部２０７とを備えている。

Ｘ線照射部２０１は、被写体ＰにＸ線を照射する。Ｘ線照射部２０１は、Ｘ線を生成するＸ線生成部２０１１（Ｘ線管球）と、Ｘ線生成部２０１１により生成されたＸ線のビーム広がり角を規定するコリメータ２０１２とを有する。Ｘ線検出部２０２は、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であり、被写体Ｐを透過したＸ線を検出し、Ｘ線画像データを生成する。Ｘ線検出部２０２は、生成したＸ線画像データを画像補正部２０５に送信する。Ｘ線検出部２０２の固体撮像素子の１画素は、図１で示される回路と等価な機能を有しており、詳細は後述する。

撮影条件設定部２０３は、被写体Ｐに照射されるＸ線の線量、フレームレート、ビニング等の撮影条件を操作者が入力する撮影条件入力部２０３１を有し、操作者が入力した撮影条件情報を撮影制御部２０４に送信する。撮影制御部２０４は撮影条件設定部２０３から取得した撮影条件情報に基づいて、Ｘ線照射部２０１及びＸ線検出部２０２を制御する。

画像補正部２０５は、Ｘ線検出部２０２から取得したＸ線画像データに基づいて、Ｘ線検出部２０２の画素回路ごとのオフセットばらつき情報（オフセット情報）、ゲインばらつき情報（ゲイン情報）を生成する。また画像補正部２０５は、生成されたオフセットばらつき情報、ゲインばらつき情報に基づいて、Ｘ線検出部２０２から送信されるＸ線画像データを補正する。画像処理部２０６は、画像補正部２０５から取得したＸ線画像データに対して、階調処理、ノイズ低減処理といった処理を施す。画像処理部２０６は、処理後のＸ線画像データを画像表示部２０７に送信する。画像表示部２０７は画像処理部２０６から送信されたＸ線画像データを、モニタ等に出力する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るＸ線検出部２０２の固体撮像素子の１画素の等価回路（画素回路）である。図１において、ＰＤは光電変換を行うフォトダイオードである。光電変換素子（ＰＤ）は画素回路ごとに２次元に配列されている。Ｃ１、Ｃ２はフォトダイオードによって生じた電荷を蓄積する容量である。Ｖｔｈは外部から入力される、容量Ｃ１、容量Ｃ２を並列回路に切り替えるための閾値の電圧（電位）である。Ｖｔｈは例えば容量Ｃ１に飽和の８０％程度の電荷が蓄積された際の容量Ｃ１の出力電圧であり、この例では全画素回路に一律の値が入力されるが、製造ばらつきなどにより固体撮像素子の飽和電位が画素回路毎に異なる場合は必要に応じて画素回路毎に異なる電位を設定してもよい。

Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒは容量Ｃ１の極板間の電圧（電位）が閾値Ｖｔｈより高いか否かを監視する比較回路（コンパレータ回路）であり、Ｖｔｈを超えたら出力がＨｉｇｈになる。各Ｐｉｘｅｌ Ｒｅｓｅｔは画素回路外から入力される、容量Ｃ１、容量Ｃ２に蓄積された電荷を開放する制御信号である。

Ｌａｔｃｈはラッチ回路であり、Ｐｉｘｅｌ Ｒｅｓｅｔの信号がＬｏｗの時にコンパレータ回路からの出力がＨｉｇｈになれば、Ｈｉｇｈの状態を保持する。またＰｉｘｅｌ Ｒｅｓｅｔの信号がＨｉｇｈになれば、次にＣｏｍｐａｒａｔｏｒの出力がＨｉｇｈになるまでＬｏｗを保持する。

Ｓｗｉｔｃｈ１は、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒの出力がＨｉｇｈ状態の時のラッチ回路の状態に基づいて、容量Ｃ１、容量Ｃ２を並列回路にするためのスイッチ素子である。Ｓｗｉｔｃｈ２、Ｓｗｉｔｃｈ３は、Ｐｉｘｅｌ Ｒｅｓｅｔの信号がＨｉｇｈになったとき、それぞれ容量Ｃ１、容量Ｃ２に蓄積された電荷を開放するためのスイッチ素子である。Ａｍｐｌｉｆｉｅｒは、容量Ｃ１、または容量Ｃ１及び容量Ｃ２の並列回路の電圧を増幅する増幅回路である。Ｖｏｕｔは、Ａｍｐｌｉｆｉｅｒで増幅されたＸ線画像信号である。Ｇｏｕｔは、容量Ｃ１、容量Ｃ２が並列であるか否かを識別するためのＬａｔｃｈ回路の出力信号である。

＜画像取得処理＞
次に図３のフローチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影装置２００が実施する画像取得開始から終了までの一連の処理の手順を説明する。ステップＳ１０１では、撮影制御部２０４は、Ｘ線検出部２０２に撮影開始信号を送信する。そしてＸ線検出部２０２は、撮影開始信号を受信すると、ＰＤで光子から電荷への光電変換を開始する。なお、撮影開始信号を受信する際は、Ｓｗｉｔｃｈ１、Ｓｗｉｔｃｈ２、Ｓｗｉｔｃｈ３はオフ状態であるものとする。

ステップＳ１０２では、Ｘ線検出部２０２において、ＰＤにより変換された電荷が容量Ｃ１に蓄積される。ステップＳ１０３では、Ｘ線検出部２０２において、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒが、容量Ｃ１の極板間のＶｈが閾値Ｖｔｈより高いか否かを画素回路ごとに判定し、比較結果を出力する。ＶｈがＶｔｈより高い場合（Ｓ１０３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４へ進む。一方、ＶｈがＶｔｈ以下である場合（Ｓ１０３；Ｎｏ）、ステップＳ１０６へ進む。なお、ステップＳ１０３では、ＶｈがＶｔｈより高い場合はＣｏｍｐａｒａｔｏｒの出力がＨｉｇｈになる。

ステップＳ１０４では、Ｘ線検出部２０２において、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒの出力がＨｉｇｈになることによって、Ｌａｔｃｈの出力がＨｉｇｈになり、以後その状態が保持される。ステップＳ１０５では、Ｘ線検出部２０２において、Ｌａｔｃｈの出力がＨｉｇｈになることによって、Ｓｗｉｔｃｈ１がオンになる。これによって容量Ｃ１、容量Ｃ２が並列回路となり、容量Ｃ１に蓄積された電荷の一部が容量Ｃ２へ移動する。

ステップＳ１０６では、Ｘ線検出部２０２において、Ａｍｐｌｉｆｉｅｒによって容量Ｃ１、または容量Ｃ１及び容量Ｃ２の並列回路の電圧が増幅され、Ｖｏｕｔとして画素回路から出力される。ステップＳ１０７では、Ｘ線検出部２０２において、Ｌａｔｃｈの出力がＧｏｕｔとして画素回路から出力される。ここまでの一連のステップでフォトダイオード出力電荷に応じてフォトダイオードの電荷を蓄積する容量値がＣ１とＣ１＋Ｃ２との間で自動的に切り替わるため、画素回路毎の増幅ゲインが自動的に切り替えられることになる。すなわち容量Ｃ１のみの場合はハイゲイン、容量Ｃ１＋Ｃ２の並列時にはローゲインとなる。

本実施形態に係る固体撮像素子では画素回路毎にゲインの状態が異なるため、デジタル画像として画像を出力するためには、各画素回路について自動的に設定されたゲインをＡＤ変換時に考慮する必要がる。以下、その方法について説明していく。

まず、ステップＳ１０８では、Ｘ線検出部２０２において、不図示の画素回路外の回路によって、画素回路ごとにＧｏｕｔがＨｉｇｈであるか否かの判定がなされる。ＧｏｕｔがＨｉｇｈの画素回路である場合（Ｓ１０８；Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０へ進む。一方、ＧｏｕｔがＬｏｗの画素回路である場合（Ｓ１０８；Ｎｏ）、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０９では、Ｘ線検出部２０２の不図示の回路切替部は、不図示のＡＤ変換回路１（アナログ値からデジタル値への変換を行う第１の変換回路）へ切り替える。ＡＤ変換回路１によって画素回路ごとにＶｏｕｔがデジタル値に変換される。

ステップＳ１１０では、Ｘ線検出部２０２の不図示の回路切替部は、不図示のＡＤ変換回路２（第２の変換回路）へ切り替える。ＡＤ変換回路２によって画素回路ごとにＶｏｕｔがデジタル値に変換される。ここでＡＤ変換回路２の出力デジタル値は、ＡＤ変換回路１の出力デジタル値に対して、容量Ｃ１と容量Ｃ２を合わせた容量と、容量Ｃ１の容量との比の分だけ高い。これによって、ＡＤ変換後に、容量Ｃ１が容量Ｃ２との並列回路であるか否かに関わらずＰＤによって生じた電荷量に比例したデジタル出力値が得られることになる。

ステップＳ１１１では、Ｘ線検出部２０２は、Ｌａｔｃｈに関連するＰｉｘｅｌ Ｒｅｓｅｔの信号をＨｉｇｈにする。同時にＸ線検出部２０２のすべての画素回路でＬａｔｃｈの出力がＬｏｗになり、Ｓｗｉｔｃｈ１がオフになる。これにより容量Ｃ１、容量Ｃ２の並列接続が解除される。

ステップＳ１１２では、Ｘ線検出部２０２は、Ｓｗｉｔｃｈ２、Ｓｗｉｔｃｈ３をオンにし、容量Ｃ１、容量Ｃ２に蓄積された電荷を開放する。そして電荷が開放された後に、Ｘ線検出部２０２は、Ｓｗｉｔｃｈ２、Ｓｗｉｔｃｈ３に関連するＰｉｘｅｌ Ｒｅｓｅｔの信号をＬｏｗにし、Ｓｗｉｔｃｈ２、Ｓｗｉｔｃｈ３をオフにする。これによりリセットが行われる。そしてＸ線検出部２０２は、各画素回路のＡＤ変換後のＸ線画像情報、及びＬａｔｃｈの出力情報Ｇｏｕｔを画像補正部２０５に出力する。以上で画像取得処理が終了する。

＜オフセット情報取得処理＞
なお、一般的に固体撮像素子は暗電流値を補正するオフセット補正を行う。このオフセットは増幅器のゲインが異なると変動するため、ゲイン毎のオフセット値を得ることが望ましい。以下、本実施形態に係るゲイン毎のオフセット情報の取得方法を説明する。

図４（ａ）のフローチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影装置２００が実施するオフセット情報取得開始から終了までの動作を説明する。ステップＳ２０１では、撮影制御部２０４がＸ線検出部２０２にオフセット情報取得開始信号を送信する。そしてＸ線検出部２０２は、オフセット情報取得開始信号を受信すると、Ｘ線照射部２０１からＸ線が照射されていない状態で、図３のフローチャートを参照して説明した画像取得開始から終了までの動作を実施する。そして動作終了後に、画像補正部２０５は、Ｘ線検出部２０２から送信されたＸ線非照射時のＸ線検出部２０２の各画素回路の出力信号を内部に記録する。当該処理により、電荷が容量Ｃ１のみに蓄積された場合すなわちハイゲイン状態での、Ｘ線検出部２０２の各画素回路のオフセット情報を取得することができる。

次いで、ステップＳ２０２では、Ｘ線検出部２０２は、容量の切替閾値Ｖｔｈを０Ｖに設定する。これによってＸ線検出部２０２の全画素回路でＣｏｍｐａｒａｔｏｒの出力がＨｉｇｈになり、ＬａｔｃｈがＨｉｇｈの信号を保持する。そしてＳｗｉｔｃｈ１がオンになり、容量Ｃ１と容量Ｃ２とが並列回路となる。

続くステップＳ２０３では、ステップＳ２０１と同様に、Ｘ線検出部２０２においてＸ線が照射されない状態での各画素回路の信号が取得され、画像補正部２０５の内部に保存される。その後Ｘ線検出部２０２は、容量の切替閾値ＶｔｈをＸ線撮影用のレベルに戻す。当該処理により、電荷が容量Ｃ１及び容量Ｃ２の並列回路に蓄積された場合すなわちローゲイン状態での、Ｘ線検出部２０２の各画素回路のオフセット情報を取得することができる。以上でオフセット情報取得処理が終了する。

＜ゲイン情報取得処理＞
また、一般的に固体撮像素子は画素回路ごとのＸ線感度を補正するゲイン補正を行う。以下、本発明に係る画素回路ごとのＸ線感度情報（ゲイン情報）の取得方法を説明する。

図４（ｂ）のフローチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影装置２００が実施するゲイン情報取得開始から終了までの動作を説明する。ステップＳ３０１では、撮影制御部２０４は、Ｘ線検出部２０２にＣ１ゲインデータ取得開始信号を送信する。同時に撮影制御部２０４は、Ｘ線照射部２０１にＣ１ゲインデータ取得用Ｘ線照射信号を出力する。Ｘ線照射部２０１は、そのＸ線照射信号を受けて、容量Ｃ１に飽和の３０％程度の電荷が蓄積される線量でＸ線検出部２０２にＸ線を照射する。ステップＳ３０２では、図３のフローチャートを参照して説明した画像取得開始から終了までの動作を実施する。そして動作終了後に画像補正部２０５は、Ｘ線検出部２０２から送信された各画素回路の出力信号を内部に記録する。

次いでステップＳ３０３では、撮影制御部２０４は、Ｘ線検出部２０２にＣ１Ｃ２並列ゲインデータ取得開始信号を送信する。同時に撮影制御部２０４は、Ｘ線照射部２０１にＣ１Ｃ２並列ゲインデータ取得用Ｘ線照射信号を出力する。Ｘ線照射部２０１はそのＸ線照射信号を受けて、容量Ｃ１、容量Ｃ２の並列回路に飽和の３０％程度の電荷が蓄積される線量でＸ線検出部２０２にＸ線を照射する。ステップＳ３０４では、図３のフローチャートを参照して説明した画像取得開始から終了までの動作を実施する。そして動作終了後に画像補正部２０５は、Ｘ線検出部２０２から送信された各画素回路の出力信号を内部に記録する。

次いでステップＳ３０５では、画像補正部２０５は、ステップＳ３０２で取得された、電荷が容量Ｃ１のみに蓄積された場合の各画素回路のゲイン情報から、図２のステップＳ２０１で取得された各画素回路のオフセット情報を減算するオフセット補正を実施する。
ステップＳ３０６では、画像補正部２０５は、ステップＳ３０４で取得された、容量Ｃ１と容量Ｃ２の並列回路に電荷が蓄積された場合の各画素回路のゲイン情報から、ステップＳ２０３で取得された各画素回路のオフセット情報を減算するオフセット補正を実施する。

ステップＳ３０７では、画像補正部２０５は、電荷が容量Ｃ１のみに蓄積された場合、及び容量Ｃ１と容量Ｃ２の並列回路に蓄積された場合のそれぞれで、オフセット情報減算後のゲイン情報の全画素回路の平均値を導出する。次いで画像補正部２０５は、オフセット情報減算後の画素回路ごとのゲイン情報を、導出された全画素回路の平均値でそれぞれ除算し、除算後の画素回路ごとのゲイン情報を規格化データとして画像補正部２０５の内部に保存する。

以上の処理により、電荷が容量Ｃ１のみに蓄積された場合、及び容量Ｃ１と容量Ｃ２の並列回路に蓄積された場合のそれぞれについて、Ｘ線検出部２０２の各画素回路のゲイン情報を取得することができる。

＜撮影処理＞
次に、図５のフローチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係る被写体の撮影開始から終了までの一連の処理を説明する。第１実施形態では、Ｘ線検出部２０２の固体撮像素子は４００×４００ｐｉｘｅｌｓの画素回路を有しており、操作者が撮影モードとして、透視撮影モード、フレームレートとして５ｆｐｓを選択した場合の例を示す。画素センサとしてはこれ以上の画素数、フレームレートを有していることが望ましい。本実施形態ではゲイン切替が自動で行われ、フレームレートを落とすことなくダイナミックレンジを拡張できるため、高フレームレートを要求される撮影装置に適している。

ステップＳ４０１では、操作者が、撮影条件設定部２０３に設けられた撮影条件入力部２０３１を使用して、撮影モード、照射線量、フレームレートといった被写体撮影時の撮影条件情報を入力する。撮影条件入力部２０３１を介して入力された撮影条件情報は、撮影制御部２０４に送信される。撮影制御部２０４は、撮影条件設定部２０３から取得した撮影条件情報に基づいて、Ｘ線照射条件を決定する。

ステップＳ４０２では、図３のフローチャートを参照して説明した画像取得開始から終了までの動作を実施する。この動作によって、まずＸ線照射部２０１から被写体に向けてＸ線が照射される。そして画素回路ごとにＣｏｍｐａｒａｔｏｒによって容量Ｃ１の極板間の電圧が閾値Ｖｔｈを超えるか否かが自動判定され、閾値Ｖｔｈを超えた画素回路はＳｗｉｔｃｈ１が自動でオンになり、電荷が容量Ｃ１、容量Ｃ２の並列回路に蓄積される。またＬａｔｃｈ回路によって、Ｓｗｉｔｃｈ１のオン状態が保持される。そしてＸ線検出部２０２から、Ｘ線画像情報（撮影画像）、及びＬａｔｃｈの出力情報Ｇｏｕｔすなわち画素回路毎の増幅器のゲイン情報が画像補正部２０５に送信される。

ステップＳ４０３では、画像補正部２０５は、画素回路ごとに受信したＬａｔｃｈの出力情報ＧｏｕｔがＨｉｇｈであるか否か判定する。Ｈｉｇｈの画素回路である場合（Ｓ４０３；Ｙｅｓ）、ステップＳ４０６へ進む。一方、Ｌｏｗの画素回路である場合（Ｓ４０３；Ｎｏ）、ステップＳ４０４へ進む。

ステップＳ４０４では、画像補正部２０５は、Ｘ線検出部２０２から受信したＸ線画像情報から、画素回路ごとに図２のステップＳ２０１で取得されたオフセット情報を減算する。ステップＳ４０５では、画像補正部２０５は、ステップＳ４０４で減算後のＸ線画像情報を、図３のステップＳ３０７で取得された電荷が容量Ｃ１のみに蓄積された場合に対応するゲイン情報で除算する。ステップＳ４０６では、画像補正部２０５は、Ｘ線検出部２０２から受信したＸ線画像情報から、画素回路ごとに図２のステップＳ２０３で取得されたオフセット情報を減算する。

ステップＳ４０７では、画像補正部２０５は、ステップＳ４０６で減算後のＸ線画像情報を、図３のステップＳ３０７で取得された電荷が容量Ｃ１と容量Ｃ２の並列回路に蓄積された場合に対応するゲイン情報で除算する。ステップＳ４０４乃至Ｓ４０７の処理によって、画素回路ごとのオフセット情報のばらつき、ゲイン情報のばらつきが補正される。

ステップＳ４０８では、画像補正部２０５は、ステップＳ４０５で除算後の電荷が容量Ｃ１のみに蓄積された画素回路のＸ線画像情報（補正結果）、及びステップＳ４０７で除算後の電荷が容量Ｃ１と容量Ｃ２の並列回路に蓄積された画素回路のＸ線画像情報（補正結果）を１枚の画像情報に合成する。そして、画像補正部２０５は、合成後の画像情報を画像処理部２０６へ送信する。

ステップＳ４０９では、画像処理部２０６は、画像補正部２０５から受信した画像情報に階調処理、ノイズ低減処理を実施する。そして画像処理部２０６は、処理後の画像情報を画像表示部２０７に送信する。ステップＳ４１０では、画像表示部２０７は、画像処理部２０６から受信した画像情報を２次元の画像データに変換し、操作者に対して表示する。

ステップＳ４１１では、操作者が画像表示部２０７に表示された画像データを確認し、撮影を継続するか否かを判断し、その情報を撮影条件設定部２０３に入力する。操作者が撮影継続情報を入力した場合（Ｓ４１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ４０２〜Ｓ４１０の処理が繰り返される。また操作者が撮影終了情報を入力した場合（Ｓ４１１；Ｎｏ）、Ｘ線画像撮影が終了する。

以上のように、本実施形態では、画素回路毎に設けられた増幅器、比較回路、容量Ｃ１、Ｃ２、ラッチ回路によって、光電変換素子（フォトダイオード）の出力に応じて自動的に画素回路毎に増幅器のゲインが調節される。これにより、フォトダイオードの出力が小さい場合は自動的にハイゲインで増幅された信号が画素回路から出力されるため、信号線を伝播するときにノイズの影響を受けにくくなる。逆に、フォトダイオードの出力が大きい場合はローゲインになるため、増幅器や容量の飽和が抑制される。また、異なるゲインの画像を複数回読み出す必要がないため、高いフレームレートでの撮影が実現できる。さらには、１つのフレームにおいて制御が可能であるため、高精度に増幅器や容量の飽和を抑制することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、高線量率のＸ線照射においても信号の飽和が抑制され、かつシステムノイズが低く、高フレームレートで、高ダイナミックレンジの放射線撮影装置を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態との違いは、容量をＣ１のみから容量Ｃ１と容量Ｃ２の並列回路へ切り替えるための閾値Ｖｔｈを、画素回路の特性に応じて画素回路ごとに設定する点である。本実施形態に係る放射線撮影装置の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略するが、第１実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明する。

Ｘ線検出部２０２において、固体撮像素子が複数枚の回路基板を貼り合わせて構成されている場合、貼り合わせの境界付近では、貼り合わせに必要な領域を確保するため、容量を小さくする必要が生じることがある。その際、容量の切替閾値Ｖｔｈが全画素回路について同一であるとすると、Ｘ線検出部２０２にＸ線が均一に照射された場合でも境界付近の容量の小さい画素回路は他の画素回路より低い線量で容量が並列回路に切り替わることになる。それによって、合成処理後の画像を操作者が視認した際、貼り合わせの境界領域に違和感が生じることがある。第２実施形態では、閾値Ｖｔｈを、画素回路の特性に応じて画素回路ごとに切り替えることによって、画像視認時に違和感が発生するのを抑止する例を説明する。

以下、第１実施形態との差分についてのみ説明する。第２実施形態では、図１におけるＣ１の容量が、回路基板の貼り合わせの境界付近ではＣ１＿ａ、それ以外ではＣ１＿ｂである場合について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、Ｘ線検出部２０２の容量の切替のための閾値Ｖｔｈを、貼り合わせの境界付近の画素回路とそれ以外の画素回路とで切り替える点のみが異なる。貼り合わせの境界付近の画素回路の閾値Ｖｔｈ＿ａは、貼り合わせの境界以外の画素回路の閾値Ｖｔｈ＿ｂに対して、Ｖｔｈ＿ａ＝（Ｃ１＿ｂ／Ｃ１＿ａ）Ｖｔｈ＿ｂの関係がある。これによって境界付近の画素回路とそれ以外の画素回路とで、同じ線量で容量が並列回路に切り替わり、合成処理後の画像に生じる、貼り合わせ境界付近の違和感を抑止することができる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (16)

1. 光電変換素子を画素回路ごとに２次元に配列した放射線撮影装置であって、
   前記光電変換素子の出力電荷を蓄積する第１及び第２の容量と、
   前記第１の容量の電位と閾値との比較結果に基づいて前記第１及び第２の容量を並列接続するか否かを切り替えるスイッチ素子と、
   前記第１の容量の電位または前記並列接続された前記第１及び第２の容量の電位を増幅して出力する増幅回路と
   を備え、
   前記スイッチ素子によって前記第１及び第２の容量が並列接続された場合、前記増幅回路は、前記第１の容量が接続される場合に設定されたゲインよりも低いゲインを設定することを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記第１の容量の電位と閾値とを比較して前記比較結果を出力する比較回路と、
   前記比較回路の出力を保持するラッチ回路とをさらに備え、
   前記スイッチ素子は、前記ラッチ回路の状態に基づいて前記第１及び第２の容量を並列接続するか否かを切り替え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. 前記スイッチ素子は、前記第１の容量の電位が閾値よりも高い場合の前記ラッチ回路の状態に基づいて、前記第１及び第２の容量を並列接続す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. 前記増幅回路からの出力をアナログ値からデジタル値へ変換するための第１の変換回路、及び、前記第１及び第２の容量を合わせた容量と前記第１の容量との比の分だけ前記第１の変換回路よりも高い値を出力する第２の変換回路と、
   前記ラッチ回路の状態に基づいて、前記第１の変換回路または前記第２の変換回路を切り替える回路切替手段と
   をさらに備え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装置。
5. 前記回路切替手段は、前記第１の容量の電位が閾値よりも高い場合の前記ラッチ回路の状態に基づいて、前記第２の変換回路への切替を行うことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮影装置。
6. 前記スイッチ素子は、前記第１及び第２の容量が並列接続されている場合、前記第１の変換回路または前記第２の変換回路での変換の後に、前記並列接続を解除することを特徴とする請求項４または５に記載の放射線撮影装置。
7. 前記ラッチ回路の状態に基づいて、放射線が照射されてない状態で各画素回路について予め取得された前記第１の容量に対応する第１のオフセット情報または前記並列接続された前記第１及び第２の容量に対応する第２のオフセット情報に基づいて撮影画像を補正する画像補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
8. 前記画像補正手段は、前記ラッチ回路の状態に基づいて、各画素回路について予め取得された前記第１の容量に対応する前記増幅回路の第１のゲイン情報または前記並列接続された前記第１及び第２の容量に対応する前記増幅回路の第２のゲイン情報に基づいて前記撮影画像を補正することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
9. 前記画像補正手段は、各画素回路に対する、前記第１のオフセット情報及び前記第１のゲイン情報による補正結果と、前記第２のオフセット情報及び前記第２のゲイン情報による補正結果とを合成することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
10. 前記画像補正手段により補正された放射線画像を表示する画像表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
11. 放射線撮影の撮影条件の入力を受け付ける撮影条件入力手段と、
    前記入力された前記撮影条件に基づいて前記放射線撮影装置の動作を制御する撮影制御手段と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
12. 前記閾値は、画素回路の特性に応じた値が各画素回路について設定されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
13. 前記第１及び第２の容量に蓄積された電荷を開放してリセットを行う第２のスイッチ素子をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
14. 前記スイッチ素子がオフにされることにより前記第１及び第２の容量の並列接続が解除された後に、前記第２のスイッチ素子により前記第１及び第２の容量に蓄積された電荷を開放して前記リセットを行うことを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮影装置。
15. 光電変換素子の出力電荷を蓄積する第１及び第２の容量を備え、前記光電変換素子を画素回路ごとに２次元に配列した放射線撮影装置の制御方法であって、
    切替手段が、前記第１の容量の電位と閾値との比較結果に基づいて前記第１及び第２の容量を並列接続するか否かを切り替える工程と、
    増幅手段が、前記第１の容量の電位または前記並列接続された前記第１及び第２の容量の電位を増幅して出力する工程と
    を有し、
    前記増幅して出力する工程では、前記切り替える工程によって前記第１及び第２の容量が並列接続された場合、前記第１の容量が接続される場合に設定されたゲインよりも低いゲインが設定されることを特徴とする放射線撮影装置の制御方法。
16. 請求項１５に記載の放射線撮影装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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