JP6353314B2 - 放射線検出装置および放射線撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出装置および放射線撮像システムに関する。

近年の放射線撮像装置では、放射線を適切に管理し、被曝量を最小限にとどめる工夫がなされている。例えば、診断に最適な量の放射線が照射された時点で自動的に放射線を停止する方法（自動露出制御：Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ（以下、ＡＥＣ））がある。医師や放射線技師が指定する患者の特定部位に対して、予め定められた量の放射線が照射された時点で放射線の照射を停止することで、必要最小限の放射線量で適切な診断を行うことができる。ＡＥＣに求められることは、患者のどの部位にどれだけの量の放射線が照射されたのかを適切に判定することである。

特許文献１には、自動露出制御を行う放射線撮影装置が記載されている。この放射線撮影装置は、照射野をヒストグラムに基づいて素抜け領域と、インプラント領域と、被写体領域とに分割する。そして、被写体領域の中の最小値画素および最大値画素を特定し、最小値画素および最大値画素のそれぞれの画素値の積算値に基づいて放射線の照射を停止させる。ここで、素抜け領域は、放射線が被検体を透過せずに直接照射された領域として、インプラント領域は、被写体内においてインプラントが存在する領域として、被写体領域は、照射野から素抜け領域およびインプラント領域を除いた領域として、定義されている。

特開２０１３−１７６５４４号公報

特許文献１に記載された放射線撮影装置では、被写体領域の中の最小値画素および最大値画素のそれぞれの画素値の積算値に基づいて放射線の照射を停止させる。しかしながら、被写体領域の中には、被写体の種々の部位の領域が含まれうるので、被写体領域の中の最小値画素および最大値画素のそれぞれの画素値に基づいて放射線の照射を停止させる方式では、検査対象の部位に対する性格な露出制御ができない可能性がある。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、検査対象の部位に対する正確な露出制御に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線検出装置に係り、該放射線検出装置は、放射線を検出する複数のセンサを有する放射線検出部と、前記複数のセンサによって検出された信号を処理する信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記複数のセンサによって検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級に分割することによって前記複数の階級にそれぞれ対応する複数の画像を生成し、前記複数の画像の少なくとも一部の画像のそれぞれと参照画像との類似性に基づいて前記複数の画像から１つの画像を選択し、該選択された１つの画像を構成する信号を検出したセンサを監視センサとして決定し、前記監視センサによって検出される信号に基づいて放射線の照射を監視する。

本発明は、検査対象の部位に対する正確な露出制御に有利な技術が提供される。

本発明の実施形態のＡＥＣ動作を示すフローチャート。 本発明の実施形態の放射線撮像システムの構成を示す図。 本発明の実施形態の放射線撮像システムの具体的な構成を示す図。 本発明の実施形態の放射線検出部の構成を示す図。 本発明の実施形態の放射線撮像システムの動作を示す図。 ＡＥＣ動作に使用される画素（センサ）を例示する図。 胸部の放射線画像および参照画像を例示する図。 読出部の動作を例示する図。 ＡＥＣ用データのソートを例示する図。 ＡＥＣ用データが格納されたメモリ空間を示す図。 ＡＥＣ用データが格納されたメモリ空間を示す図。 胸部撮影および膝関節部撮影を例示する図。 胸部の撮影時にセンサによって検出された信号を階級別に分割した画像を示す図。 膝関節部の撮影時にセンサによって検出された信号を階級別に分割した画像を示す図。 ＡＥＣ用データ（センサ２１２によって検出された信号）のヒストグラムを例示する図。 監視センサの決定方法を模式的に示す図。 監視センサの決定方法を模式的に示す図。 監視センサの決定方法を模式的に示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図２を参照しながら本発明の１つの実施形態の放射線撮像システム１００の構成を説明する。放射線撮像システム１００は、曝射スイッチ１０１、放射線源制御部１０２、放射線源１０３、放射線検出部１０５、情報処理部１０６および入出力装置１０７を備えている。曝射スイッチ１０１は、放射線源制御部１０２と有線ケーブルまたは無線で接続されていて、放射線画像の撮影（放射線源１０３からの放射線１０４の放射、放射線検出部１０５による放射線画像の撮像）を指示するためのスイッチである
放射線源制御部１０２は、曝射スイッチ１０１、放射線源１０３および情報処理部１０６に接続されていて、放射線源１０３を制御する。放射線源制御部１０２は、曝射スイッチ１０１から送信された信号に応答して放射線源１０３に放射線１０４の放射（患者１０８への照射）を開始させる。情報処理部１０６は、入出力装置１０７および放射線検出部１０５に接続されていて、放射線検出部１０５からの信号に応じて放射線源制御部１０２に放射線の照射を停止させる。つまり、情報処理部１０６は、ＡＥＣ動作を行う。また、情報処理部１０６は、放射線検出部１０５からの信号に基づいて生成された放射線画像を入出力装置１０７に表示させる。

図３を参照しながら説明を続ける。放射線源制御部１０２は、放射線源１０３を制御する制御回路１０２ａを含む。情報処理部１０６は、信号処理部１０６ａ、監視部１０６ｂ、比較部１０６ｃ、画像蓄積部１０６ｄおよびメモリ１０６ｅを含み、ＡＥＣ動作を行う。情報処理部１０６ａは、例えば、汎用のコンピュータにプログラムを組み込むことによって構成されうる。このようなプログラム、または、このようなプログラムを格納したメモリ媒体も発明を構成しうる。

監視部１０６ｂは、信号処理部１０６ａおよび比較部１０６ｃと接続されている。比較部１０６ｃは、画像蓄積部１０６ｄと接続されている。信号処理部１０６ａは、メモリ１０６ｅと接続されている。放射線検出部１０５は、画素アレイ１０５ａおよび読出部１０５ｂを含む。画素アレイ１０５ａは、放射線を検出する複数のセンサを有するデバイスでもある。該複数のセンサは、放射線画像を撮像するための画素としても利用されてもよいが、放射線を検出するための専用のセンサであってもよい。読出部１０５ｂは、画素アレイ１０５ａから信号を読み出して情報処理部１０６に出力する。信号処理部１０６ａは、例えば、放射線検出部１０５から出力された信号をその値に基づいてソートする機能を含みうる。図３では、比較部１０６ｃと信号処理部１０６ａとは直接には接続されていないが、監視部１０６ｂを通じて相互にデータの送受信をすることができる。これと同様に、比較部１０６ｃとメモリ１０６ｅ、監視部１０６ｂとメモリ１０６ｅも同様に相互にデータの送受信が可能である。

図４を参照しながら放射線検出部１０５の構成を説明する。放射線検出部１０５は、画素アレイ１０５ａおよび読出部１０５ｂを含む。画素アレイ１０５ａは、放射線を直接に電気信号に変換する直接型であってもよいし、放射線を可視光に変換しその可視光を電気信号に変換する間接型であってもよい。間接型の場合、シンチレータ（不図示）によって放射線が可視光に変換される。シンチレーターは、典型的には、画素アレイ１０５ａの全域にわたって配置されうる。シンチレーターは、例えば、ガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）またはヨウ化セシウム（ＣｓＩ）で構成されうる。

画素アレイ１０５ａは、例えば、アクティブマトリクスアレイ２０１で構成されうる。アクティブマトリクスアレイ２０１は、複数の行および複数の列を構成するように配列された複数の画素２００を有する。各画素２００は、入射した放射線の量に応じた電気信号（例えば、電荷、電圧または電流）を出力する変換素子２０２と、変換素子２０２を列信号線２０４に接続するスイッチ２０３とを含む。図４に示された例では、放射線画像を撮像するための複数の画素２００の一部がＡＥＣ用、即ち放射線を検出するためのセンサとして利用される。複数の画素２００のうちセンサとして利用させる画素は、任意に決定されうる。

画素２００の位置は、ｘ方向（行方向）の位置（列番号）およびｙ方向（列方向）の位置（行番号）、つまり座標によって特定されうる。一例において、ｘ方向の画素数およびｙ方向の画素数は、１０００画素〜４０００画素であり、総画素数は１千万程度である。スイッチ２０３は、ゲート２０３ａ、ソース２０３ｂ、ドレイン２０３ｃを有するトランジスタである。スイッチ２０３は、ゲート２０３ａに接続された駆動線２０５を通して駆動部２０６によって制御される。スイッチ２０３のドレイン２０３ｃは、変換素子２０２に接続され、スイッチのソース２０３ｂは、列信号線２０４に接続されている。

変換素子２０２は、例えば、Ｐ型半導体、真性半導体、Ｎ型半導体が積層されたＰＩＮ型変換素子（ＰＩＮ型フォトダイオード）、または、Ｎ型半導体、真性半導体、絶縁体が積層されたＭＩＳ型変換素子でありうる。変換素子２０２は、上部と下部にそれぞれ電極を有し、一方の電極はバイアス線（不図示）により電位が固定され、他方の電極は所定の電位が与えられた状態でフローティングにされる。これによって、変換素子２０２内には電場が生じる。この状態で、直接型の場合は放射線の入射により、間接型の場合は可視光の入射により電子とホールのペアが生じる。この電子とホールは、電場に従って互いに反対方向に移動する。そして、電子およびホールのうちフローティングにされた電極の側に移動した電荷は蓄積される。変換素子２０２を構成する半導体材料は、直接型の場合は、アモルファスセレンが好適であり、間接型の場合は、アモルファスシリコンまたはポリシリコンが好適である。スイッチ２０３は、例えば、薄膜トランジスタなどのトランジスタで構成される。薄膜トランジスタは、例えば、駆動線２０５が薄膜トランジスタの下方に位置するようなボトムゲート式薄膜トランジスタでもよいし、駆動線２０５が薄膜トランジスタの上方に位置するトップゲート式薄膜トランジスタでもよい。変換素子２０２とスイッチ２０３は、一般に、ＣＶＤ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置を用いて形成されうる。

読出部１０５ｂは、駆動部２０６、増幅部２０７、マルチプレクサ２０８、ＡＤＣ（ＡＤ変換器）２０９、制御部２１０およびメモリ２１１を含む。駆動部２０６は、各行に設けられた駆動線２０５を介してスイッチ２０３を駆動する。１つの駆動線２０５にスイッチ２０３が接続された画素２００が１つの行を構成する。駆動線２０５がアクティブレベルに駆動されることによって、その駆動線２０５に接続されたスイッチ２０３がオンし、そのスイッチ２０３に接続された変換素子２０２の電荷が列信号線２０４を介して増幅部２０７に転送される。

制御部２１０は、増幅部２０７、マルチプレクサ２０８、ＡＤＣ２０９およびメモリ２１１を制御する。増幅部２０７は、変換素子２０２から出力された電荷を電圧に変換する。増幅部２０７は、制御部２１０によってリセット線２１４がアクティブレベルに駆動されることによってリセットされる。マルチプレクサ２０８は、複数の列にそれぞれ対応する複数の増幅部２０７から出力された電圧形式の信号を制御部２１０からの指令に基づいて順に選択してＡＤＣ２０９に提供する。ＡＤＣ２０９は、電圧形式の信号をデジタル信号に変換してメモリ２１１および情報処理部１０６に提供する。メモリ２１１は、ＡＤＣ２０９から提供される信号、即ち画素２００から読み出された信号を画素２００の位置（座標）と対応付けて保持する。

以下、図１、５を参照しながら放射線撮像システム１００の動作を説明する。なお、図５には、入出力装置１０７、曝射スイッチ１０１、放射線源制御部１０２、情報処理部１０６および放射線検出部１０５のそれぞれにおける動作が図１のフローチャートにおける各ステップに対応付けて示されている。

ステップＳ３０１では、医師または放射線技師によって、患者情報（被検体情報）が入出力装置１０７を通して情報処理部１０６に提供される。患者情報は、例えば、性別、年齢、体重、胸囲、腹囲等のように、被検体を特徴づける情報である。より具体的には、患者情報は、性別：男、体重：７０ｋｇ、胸囲：１００ｃｍ、腹囲：８０ｃｍといったものでありうる。また、ステップＳ３０１では、医師または放射線技師によって、撮影部位を示す撮影部位情報が入出力装置１０７を通して提供される。撮影部位は、例えば、頭部、胸部、腹部等である。

また、ステップＳ３０１では、ＡＥＣのために使用するＡＥＣターゲット部位、および、ＡＥＣ用のセンサ２１２としての画素２００を指定する情報が入出力装置１０７から情報処理部１０６に提供される。例えば、撮影部位が胸部であれば、ＡＥＣターゲット部位が肺野部として設定され、センサ２１２として図６に例示されるようにｘ方向、ｙ方向のそれぞれについて１ｍｍ〜１ｃｍ間隔で配置された画素２００が選択される。なお、画素サイズが１５０ｕｍ×１５０ｕｍ程度である場合、１ｍｍ〜１ｃｍ間隔で配置された画素は、８画素〜８０画素の間隔で配置された画素に相当する。ここで、ｕｍはマイクロメートルを意味する。ＡＥＣターゲット部位およびセンサ２１２は、撮影部位に応じて入出力装置１０７によって選択されてもよいし、医師または放射線技師によって選択されてもよい。一例において、撮影部位に応じて入出力装置１０７によってデフォルトのＡＥＣターゲット部位およびセンサ２１２が設定されうる。デフォルトのＡＥＣターゲット部位およびセンサ２１２は、必要に応じて医師または放射線技師によって変更されうる。ＡＥＣターゲット部位およびセンサ２１２を指定する情報は、ＡＥＣ情報の一例である。

図６に示された例では、第ｋ行、第２×ｋ行・・・というように、ｋの倍数ごとにセンサ２１２が設定され、隣接するセンサ２１２の間隔は、おおよそ１ｍｍ〜１ｃｍ間隔に設定されているが、これは単なる一例に過ぎない。センサ２１２は、ＡＥＣターゲット部位に応じて画素アレイ１０５ａを構成する複数の画素２００の中から任意に選択されうる。例えば、ＡＥＣターゲット部位が肺野部である撮影においては、肺野部の寸法以下の間隔で配置された画素２００をセンサ２１２として決定することが好ましい。そうすれば、少なくとも１つのセンサ２１２は、ＡＥＣターゲット部位の領域内に位置する。患者情報、撮影部位情報およびＡＥＣ情報は、入出力装置から情報処理部１０６の比較部１０６ｃに送信される。

ステップＳ３０２では、比較部１０６ｃは、ステップＳ３０１で提供された情報（患者情報、撮影部位情報およびＡＥＣ情報）に対応する参照画像を画像蓄積部１０６ｄから取得する。ここで、画像蓄積部１０６ｄには、各組み合せが患者情報、撮影部位情報およびＡＥＣ情報からなる、複数の組み合わせのそれぞれに対して１つの参照画像が対応付けられている。よって、患者情報、撮影部位情報およびＡＥＣ情報が特定されることによって、それに対応する１つの参照画像を特定することができる。画像蓄積部１０６ｂに蓄積される参照画像の形式は任意でありうるが、例えば、図７（ｂ）のような２値画像でありうる。２値画像とは、検査対象の（例えば、肺野部）を示す黒画素と、それ以外の領域を示す白画素とで構成されうる。図７（ａ）は、８ビットのグレースケールで表現された胸部の放射線画像の一例である。図７（ａ）から肺野部を抽出し、その肺野部を黒画素で表現し、他の領域を白画素で表現した２値画像が図７（ｂ）である。

参照画像を構成する画素は、センサ２１２として利用される画素２００、あるいは、センサ２１２として利用される画素２００の近傍の画素２００を含めばよい。例えば、ｘ方向に３０００画素、ｙ方向に３０００画素を有する画素アレイ１０５ａの場合は、３０００×３０００＝９００万画素分のデータの全てによって参照画像を構成する必要はない。参照画像は、少なくとも、全てのセンサ２１２の座標における画素を含めばよい。センサ２１２として、ｘ方向の座標が０、ｙ方向の座標が０の画素、および、ｘ方向、ｙ方向に対して共に１０画素毎の全ての画素が指定された場合を考える。この場合、参照画像を構成するデータは、ｘ方向の座標が０、ｙ方向の座標が０の画素、および、ｘ方向に１画素毎、２画素毎、５画素毎又は１０画素毎、ｙ方向に１画素毎、２画素毎、画素毎又は１０画素毎の画素のデータを含みうる。

参照画像として２値画像を使用することは、ファイルサイズの縮小に有利である。例えば、ｘ方向に３０００画素、ｙ方向に３０００画素が配列された画素アレイ１０５ａでは、各画素のデータを８ビットの１バイトで表記すると、３０００×３０００×１＝９００万バイトである。しかしながら、ｘ方向、ｙ方向に１０画素間隔でセンサ２１２を指定し、一画素あたり１ビットの情報で、１バイトのメモリ空間の中に８画素分の情報を格納できるとすると、３０００×３０００×０．１×０．１÷８＝１１ＫＢ（キロバイト）である。正確には、画素の座標情報が必要なため、画素の間隔幅に関する情報と、一つの画素の座標情報が必要であるため、このサイズよりは若干大きくなる。そのような情報は画像データのヘッダー部に記載するとよい。また、二値化画像に含まる情報が、有る画素間隔ごとに格納されているのではなく、ランダムに格納されている場合、すべての出力値に対して座標情報が必要なためファイルサイズはさらに大きくなる。

ファイルサイズが小さい２値画像を参照画像として使用する利点は二点あり、一つ目は参照画素のファイルサイズを小さくすることで部位判定速度を速めることができる点であり、二つ目は部位特定アルゴリズムを容易に作成することが可能である点である。

ステップＳ３０３では、放射線源１０３からの放射線１０４の放射が可能な状態になっている。医師または放射線技師が曝射スイッチ１０１を走査することによって放射線源１０３から放射線が放射され、患者１０８に照射される。曝射スイッチ１０１は、一般的には、二段構成のスイッチになっている。一段目のスイッチがオンされると、放射線源１０３が予備動作を開始する。この予備動作は、放射線１０４を安定的に放射するために必要な動作である。二段目のスイッチがオンされると、放射線源１０３から放射線１０４が放射される。図５に示されているように、曝射スイッチ１０１の一段目のスイッチがオンされると、放射線源１０３が予備動作に入ったという情報が、監視部１０６ｂ、信号処理部１０６ａおよび放射線検出部１０５に送信される。

放射線検出部１０５の読出部１０５ｂは、曝射スイッチ１０１の一段目のスイッチがオンになったことに応じて、センサ２１２を含む画素２００に電荷の蓄積を開始させる。その後、曝射スイッチ１０１の二段目のスイッチがオンになり、放射線源１０３から放射線１０４が照射されると、放射線検出部１０５の読出部１０５ｂは、センサ２１２で検出された信号の読出動作を開始する。

ステップＳ３０４では、情報処理部１０６の信号処理部１０６ａは、センサ２１２で検出された信号、即ち、ＡＥＣ用データを取得する。図８には、画素アレイ１０５ａのセンサ２１２に蓄積された電荷に応じた信号（センサ２１２によって検出された信号）の読出動作が示されている。読出動作は、画素アレイ１０５ａを構成する画素２００のうちＡＥＣ用のセンサ２１２のみを対象としてなされる。具体的には、図６に示されたセンサ２１２の座標に従い、第ｋ行、第２×ｋ行、第３×ｋ行・・・というように、ｋの倍数の行の駆動線２０５が順にアクティブレベルに駆動される。他の駆動線２０５の電位はインアクティブレベルに維持される。

最初に、第ｋ行のセンサ２１２によって検出された信号が読み出される。まず、増幅部２０７がリセットされ、その後、駆動部２０６から第ｋ行の駆動線２０５をアクティブレベルに駆動し、第ｋ行のセンサ２１２のスイッチ２０３をオンさせる。スイッチ２０３がオンすると、変換素子２０２に蓄積された電荷が増幅部２０７に転送される。その後、サンプルホールド回路（不図示）によって増幅部２０７で電荷からアナログ電圧値（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・）に変換された信号がサンプルホールドされる。そして、第ｋ行のセンサ２１２によって検出された信号は、マルチプレクサ２０８によって順次にＡＤＣ２０９に送信され、アナログ電圧値（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・）からデジタル電圧値（Ｄ’１、Ｄ’２、Ｄ’３・・・）に変換さる。マルチプレクサ２０８は、センサ２１２の信号のみを出力すればよいので、センサ２１２が存在する列のみを選択する。図６を参照して説明すると、センサ２１２は、ｆ列ごとに存在するので、マルチプレクサ２０８は、第ｆ列、第２×ｆ列、第３×ｆ列・・・を順次に選択する。

このようにして読み出された信号（ＡＥＣ用データ）は、メモリ２１１に順次に保存される。ここで、メモリ２１１には、センサ２１２から読み出された信号（センサ２１２によって検出された信号）がセンサ２１２の座標情報（位置情報）と対応付けて保存される。具体例を挙げると、１つのセンサ２１２について、ｘ方向、ｙ方向の位置情報のそれぞれのために２バイト程度、センサ２１２から読み出された信号のために２バイト程度（ただし、ＡＤＣの分解能が１６ビットより多ければ３バイト以上。）の合計６バイト程度のメモリ空間が使用される。第ｋ行の読み出しが終了した後、順次に第２×ｋ行目、第３×ｋ行目・・・が読み出されて、センサ２１２の位置情報とともにメモリ２１１に保存される。

ステップＳ３０５では、ＡＥＣに使用する部位が認識される。センサ２１２から読み出されたＡＥＣ用データ（センサ２１２によって検出された信号値）がメモリ２１１に保存されると、信号処理部１０６ａは、メモリ２１１に蓄積された信号とそれに対応付けられた座標情報とを読み出し、メモリ１０６ｅに複製する。次に、信号処理部１０６ａは、図９に示されているように、メモリ１０６ｅに複製された信号の値が小さい順にソートし、メモリ１０６ｅの別の領域にその信号値とそれに対応付けられたと対になった座標情報を格納する。

ここで、ＡＥＣ用データが５０００、センサ２１２のｘ方向の座標が１５０、ｙ方向の座標が３００、格納先の先頭のメモリアドレスが００１の場合、（５０００、１５０、３００、０ｘ０００１）と表記する。０ｘはメモリアドレスを１６進数で表現することを意味している。

一つの例として、メモリ１０６ｅに格納された情報が、
（５０００、１５０、３００、０ｘ００００）、
（６０００、１５００、３００、０ｘ０００６）、
（５５００、２８５０、３００、０ｘ０００Ｃ）、
（５８００、１５０、２７００、０ｘ００１２）、
（６０６０、１５００、２７００、０ｘ００１８）、
（４８００、２８５０、２７００、０ｘ００１Ｅ）
という６個の情報であるとする。ここでは、信号の値を２バイトで表現可能とし、座標も２バイトで表現し、合計６バイトのメモリ空間を使用することにする。１つのセンサ２１２について６バイト使用するため、メモリアドレスは、１つのセンサ２１２あたり６ずつ増加している。この６個の情報を信号値が小さい順に並べ、別のメモリ空間に格納すると、
（４８００、２８５０、２７００、０ｘ１０００）、
（５０００、１５０、３００、０ｘ１００６）、
（５５００、２８５０、３００、０ｘ１００Ｃ）、
（５８００、１５０、２７００、０ｘ１０１２）、
（６０００、１５００、３００、０ｘ１０１８）、
（６０６０、１５００、２７００、０ｘ１０１Ｅ）
という格納順序になる。この動作をすべてのセンサ２１２から得られた信号と座標情報に対して行う。

ところで、１つの部位についての複数のセンサ２１２の信号の値は、互いにほぼ等しい値になることが期待される。例えば、肺野部であれば、右の肺野部であっても、左の肺野部であっても、信号の値は互いにほぼ等しい。つまり、図１０に例示されるように、信号値に従ってソートされてメモリ１０６ｅに格納された一連のＡＥＣ用データにおける隣接する複数のＡＥＣデータを抽出すれば、被写体の特定部位についてのＡＥＣ用データを得ることができる。したがって、メモリ１０６ｅに格納されたＡＥＣ用データと図７（ｂ）に例示された参照画像とを比較することにより、ＡＥＣ用データがどの部位を表しているかを特定することができる。よって、これは、検査すべき部位に対応するＡＥＣ用データを特定することができることを意味する。これにより、高い精度で検査対象の部位に応じて高い精度で露出を制御することができる。

更に、図１１に例示されるように、信号値の大きさ順にソートされてメモリ１０６ｅに格納されたＡＥＣ用データを複数の階級に等分割することによって、複数の階級のそれぞれのセンサ２１２の個数を互いに等しくすることができる。図１１に例示された複数の階級（領域（ｔ）、領域（ｋ）、領域（ａ））の各々のＡＥＣ用データは、信号値と座標との対の集合で構成されているので、画像として扱うことができる。図１１に例示された各階級のＡＥＣ用データは、複数のセンサ２１２によって検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級に分割することによって該複数の階級にそれぞれ対応するように生成された画像として扱うことができる。換言すると、信号処理部１０６ａは、複数のセンサ２１２によって検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級に分割することによって該複数の階級にそれぞれ対応するように複数の画像を生成することができる。ここで、各画像の生成において、複数のセンサ２１２によって検出された信号のうち０以外の信号値を有する信号を黒画素とし、複数のセンサ２１２によって検出された信号のうち０の信号値を有する信号を白画素とすることができる。

図１３には、図１２（ａ）に示される胸部の撮影時に複数のセンサ２１２で検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級ａ〜ｔに分割することで複数の階級ａ〜ｔにそれぞれ対応する複数の画像（図１３（ａ）〜（ｔ））を生成した例が示されている。階級ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・ｔは、信号値が０％−５％の階級、５％−１０％の階級、１０％−１５％の階級、１５％−２０％の階級・・・９５％−１００％の階級である。図１３（ａ）には、階級ａに属する信号値を黒画素とし、それ以外を白画素とした２値画像が示されている。図１３（ａ）に示された画像を階級ａの画像と呼ぶ。図１３（ｂ）には、階級ｂに属する信号値を黒画素とし、それ以外を白画素とした２値画像が示されている。図１３（ｂ）に示された画像を階級ａの画像と呼ぶ。図１３（ｃ）〜（ｔ）についても同様に、それぞれ、階級ｃ〜ｔに属する信号値を黒画素とし、それ以外を白画素として２値画像が示されている。図１３（ａ）〜（ｔ）は、画素アレイ１０５ａを構成する複数の画素２００から、ｘ方向、ｙ方向それぞれについて１０画素毎にセンサ２１２として選択し例を示している。

図１１に例示されるようにセンサ２１２によって検出された信号をその信号値の大きさ順にソートしたデータは、ヒストグラムを作成するために有利である。図１５には、ＡＥＣ用データ（センサ２１２によって検出された信号）のヒストグラムが例示されている。このヒストグラムにおいて、素抜け領域、非照射領域および境界領域が存在する。ここで、素抜け領域は、画素アレイ１０５ａによって構成された撮像領域のうち被検体を透過せずに放射線が入射する領域である。非照射領域は、画素アレイ１０５ａによって構成された撮像領域のうち放射線が照射されない領域である。素境界領域は、抜け領域と被写体領域との間の領域である。

図１３（ｔ）、図１３（ｓ）は、素抜け領域の画像を示している。図１３（ｒ）は、素抜け領域と被写体領域との境界領域（ここでは、皮膚部に相当する領域）の画像を示しており、この画像は、かなり透過率の高い領域の画像である。図１３（ｑ）は、肺野部内の肋骨部を除いた領域の画像を示している。図１３（ｎ）〜図１３（ｐ）は、肋骨部を含む肺野部に相当する領域の画像を示している。図１３（ｆ）〜図１３（ｃ）は、肺野部と他の部位との境界領域に相当する画像を示している。図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、縦隔部の画像を示している。以上のように、複数のセンサ２１２によって検出された信号を複数の階級に分割することによって特定の部位（例えば、肺野部）を特定することができる。

図１４には、図１２（ｂ）に示される膝関節部の撮影時に複数のセンサ２１２で検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級ａ〜ｔに分割することで複数の階級ａ〜ｔにそれぞれ対応する複数の画像（図１４（ａ）〜（ｔ））を生成した例が示されている。図１３と同様に、階級ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・ｔは、信号値が０％−５％の階級、５％−１０％の階級、１０％−１５％の階級、１５％−２０％の階級・・・９５％−１００％の階級である。図１４（ａ）には、階級ａに属する信号値を黒画素とし、それ以外を白画素とした２値画像が示されている。図１４（ａ）に示された画像を階級ａの画像と呼ぶ。図１４（ｂ）には、階級ｂに属する信号値を黒画素とし、それ以外を白画素とした２値画像が示されている。図１４（ｂ）に示された画像を階級ａの画像と呼ぶ。図１４（ｃ）〜（ｔ）についても同様に、それぞれ、階級ｃ〜ｔに属する信号値を黒画素とし、それ以外を白画素として２値画像が示されている。図１４（ａ）〜（ｔ）は、画素アレイ１０５ａを構成する複数の画素２００から、ｘ方向、ｙ方向それぞれについて１０画素毎にセンサ２１２として選択し例を示している。図１４（ｒ）〜図１４（ｔ）は、素抜け領域の画像を示している。図１４（ｏ）〜図１４（ｑ）は、被写体領域と素抜け領域との境界領域の画像を示している。図１４（ｎ）、図１４（ｇ）〜図１４（ｋ）は、骨部の画像を示している。図１４（ｌ）、図１４（ｍ）は、膝関節部の画像を示している。図１４からも、複数のセンサ２１２によって検出された信号を複数の階級に分割することによって特定の部位（例えば、膝関節部）を特定することができることが分かる。

更に、図１３（ｔ）と図１３（ｓ）とを比較すると、図１３（ｔ）では、上側に素抜け領域が密集しているが、図１３（ｓ）には下側に素抜け領域が密集している。これは、放射線源１０３から放射される放射線１０４が空間的な分布をもっていて、同じ素抜け領域であっても信号値が異なっているためである。このような放射線の空間的な分布は、従来方式のＡＥＣの精度を低下させる原因となる。放射線１０４が均一であれば、図１３（ｔ）および図１３（ｓ）の双方に均等に素抜け領域が存在する筈である。また、図１３（ｒ）に注目すると、少々肺野部が描画されているが、支配的な領域は、被写体領域と素抜け領域との間の境界領域である。放射線の空間分布があるという理由、および、素抜け領域の次に信号値が大きい領域は、被写体領域と素抜け領域との間の境界領域が大部分であるという理由から、従来例の方法では、放射線量を高い精度で監視することは難しい。

比較部１０６ｃは、メモリ１０６ｅに格納された階級ごとの複数の画像の少なくとも一部の画像のそれぞれと図７（ｂ）に例示される参照画像との類似性に基づいて該複数の画像から１つの画像を監視画像として選択する。図１６を参照しながら監視センサの決定方法を説明する。図１６において、信号値に従って（信号値の大きさの順に）ソートされたＡＥＣ用データが格納されたメモリ空間をメモリ空間Ａとする。メモリ空間Ａは、例えば、２０個の領域に分割される。これは、ＡＥＣ用データを信号値に従って２０個の階級に分割することと等価である。更に、比較部１０６ｃは、分割された各領域のＡＥＣデータおよび座標情報（Ｘ座標およびＹ座標）を、信号値が存在する座標を黒画素とし、それ以外の座標を白画素とする画像（分割された領域に対応する階級の画像）と見做して、当該画像と参照画像とを比較する。そして、比較部１０６ｃは、比較の結果、参照画像との類似性が最も高い階級の画像を構成する信号を検出したセンサ２１２をＡＥＣ用のための監視センサとして決定する。

参照画像は、各階級の画像と比較可能であればよく、２値画像である必要はない。メモリ空間Ａの分割数（即ち、階級数）は、２０である必要はなく、例えば、１０、３０、４０でもよい。また、分割は、等分割である必要はない。更に、分割された複数の領域から１つの領域を選択した後に、その選択された領域を更に複数の小領域に分割し、その複数の小領域の中から１つの小領域を選択するというように、分割と選択を複数回にわたって行ってもよい。

以下、図１７を参照しながら、メモリ空間Ａを２０個の領域（階級）に分割し、図７（ｂ）に示される参照画像を用いて、２０個の領域（階級）から１つの領域を決定する例を説明する。まず、図１７（ｂ）に例示された参照画像をメモリ１０６ｅのメモリ空間Ｂに書き込む。書き込む情報は、参照画像を構成する画素（黒画素および白画素）のうちｘ方向の座標およびｙ方向の座標がＡＥＣ用のセンサ２１２と等しいｘ方向の座標およびｙ方向の座標を有する画素の信号値、ｘ方向の座標およびｙ方向の座標を含む。参照画像を構成する画素は、全てのＡＥＣ用のセンサ２１２と同一座標の画素を含む。参照画像の信号値は、１画素あたり１ビットの情報で構成される。また、参照画像を構成する画素のｘ方向とｙ方向の座標が周期的な値である場合、座標情報そのものは直接的には参照画像のデータに含まれていない可能性があるが、その場合でも、メモリ１０６ｅに書き込む際には、信号値と座標情報とが対にして書き込まれうる。比較結果としての判定値は、メモリ１０６ｅのメモリ空間Ｃに格納される。図１７では、信号値の大きさに従ってソートされたＡＥＣ用データ（メモリ空間Ａ）、参照画像のデータ（メモリ空間Ｂ）、比較結果のｘ方向の座標、ｙ方向の座標、判定値（メモリ空間Ｃ）の全てが２バイトで表現されている。

メモリ空間Ｃに格納された座標情報の格納順序は、メモリ空間Ａと同様である。メモリ空間Ａでは、メモリ内アドレスが（０ｘ１０００００）、（０ｘ１００００６）、（０ｘ１００００Ｃ）・・・と６バイト毎に増加するにつれて、（２５０、３２０）、（２３０、１２４０）、（１５７０，７８０）・・・という座標が格納されている。メモリ空間Ｃでも、（０ｘ３０００００）、（０ｘ３００００６）、（０ｘ３００００Ｃ）・・・と６バイト毎に増加するにつれて、（２５０、３２０）、（２３０、１２４０）、（１５７０，７８０）・・・という座標が格納されている。

参照画像のデータがメモリ空間Ｂに格納されると、比較部１０６ｃは、メモリ空間Ａに格納されたデータの座標と一致する座標情報をメモリ空間Ｂ内で検索する。一致する座標情報が得られると、比較部１０６ｃは、メモリ空間Ｂに当該座標情報と対応付けられている信号値を調べ、その信号値に基づいて判定値（比較結果）を決定し、それをメモリ空間Ｃ内における同一の座標情報と対応づけて判定値として格納する。ここで、メモリ空間Ｂにおける信号値が１であれば、判定値を１とし、信号値が０であれば、判定値を０とする。メモリ空間Ｂにおける比較対象の座標の信号値が１であることは、メモリ空間Ａに格納されたＡＥＣ用データの当該座標の信号値と、メモリ空間Ｂに格納された参照画像における当該座標の信号値とが一致することを意味する。一方、メモリ空間Ｂにおける比較対象の座標の信号値が０であることは、メモリ空間Ａに格納されたＡＥＣ用データの当該座標の信号値と、メモリ空間Ｂに格納された参照画像における当該座標の信号値とが一致しないことを意味する。よって、判定値として１を格納することは、メモリ空間Ａに格納されたＡＥＣ用データの信号値と参照画像の信号値とが一致したことを意味する。また、判定値として０を格納することは、メモリ空間Ａに格納されたＡＥＣ用データの信号値と参照画像の信号値とが一致しなかったことを意味する。

例えば、図１７に示された例では、ｘ方向の座標が２５０、ｙ方向の座標が３２０である座標情報がメモリ空間Ｂ内で検索され、その座標情報に対応付けられた信号値が０である。また、メモリ空間Ｃ内のｘ方向の座標が２５０、ｙ方向の座標が３２０である座標情報に対応する判定値として０が格納される。また、ｘ方向の座標が３０００、ｙ方向の座標が２９８０である座標情報に対応する信号値はメモリ空間Ｂでは１であるので、当該座標情報に対応する判定値として１がメモリ空間Ｃに格納される。

以上のような比較は、２０個の領域（ａ）〜（ｔ）の全てについて行われてもよいし、一部について行われてもよい。具体的には、２０個の領域（ａ）〜（ｔ）は、素抜け領域の画像、および、非照射領域の画像の少なくとも一方を含みうる。素抜け領域および非照射領域の画像は、ＡＥＣ用に使用することはできないので、これらを比較対象から除外することが効率的である。また、前述の境界領域（素抜け領域の画像の階級に隣接する階級の画像、および、非照射領域の画像の階級に隣接する階級の画像）についても、比較の対象から除外することが効率的である。よって、信号処理部１０６ａは、複数のセンサ２１２によって検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級に分割して生成された複数の画像の少なくとも一部の画像のそれぞれと参照画像との類似性を比較するように構成されうる。

メモリ空間Ｃに格納されたデータの判定値が１である座標では、メモリ空間Ｂに格納された参照画像の信号値が１である。したがって、メモリ空間Ｃに格納されたデータの判定値が１である座標は、参照画像が表すＡＥＣ用の部位の座標を示している。

次に、比較部１０６ｃは、比較を行った各領域（階級）のそれぞれにおいて、メモリ空間Ｃの判定値の合計を計算する。この合計は、各領域（階級）の画像と参照画像との類似性を評価する指標である。比較部１０６ｃは、判定値の合計が最も高い領域（階級）、即ち最も参照画像と類似性が高い領域（階級）をＡＥＣ用に使用すべき部位として決定し、その領域（階級）を示す情報を監視部１０６ｂに送信する。

ステップＳ３０６、Ｓ３０７では、監視部１０６ｂは、ステップＳ３０５で決定された監視センサによって検出された信号に基づいて放射線の照射を監視する。具体的には、ステップＳ３０６では、監視部１０６ｂは、比較部１０６ｃから送信された情報に従って特定される、メモリ空間Ａに格納された領域（階級）、に属する信号値の平均値等の評価値（照射された放射線量を評価する値）を演算する。ここで、比較部１０６ｃから送信された情報に従って特定される、メモリ空間Ａに格納された領域（階級）、に属する信号値は、監視センサによって検出された信号値である。ステップＳ３０７では、監視部１０６ｂは、ステップＳ２０５で演算した評価値が閾値を超えたか否かを判定し、評価値が閾値を超えたと判定したら、ステップＳ３０８において、放射線源制御部１０２ａに対して、放射線の照射を停止するように命じる。これに応じて、放射線源制御部１０２ａは、放射線の照射を停止するように放射線源１０３を制御する。一方、監視部１０６ｂが、評価値が閾値を超えていないと判定したら、ステップＳ３０６に戻る。

上記の実施形態では、素抜け領域や、インプラント部などの非照射領域がある場合の例が説明されているが、本発明は、素抜け領域および／または非照射領域がない場合も成立する。例えば、素抜け領域がない場合でも、その最大の信号値を出力したセンサを用いてＡＥＣの監視をすべきではない。素抜け領域がない場合、その最大の信号値を出力したセンサはある特定部位を示していると考えられるが、実際は放射線源には初期分布があり、一部の領域で非常に高い出力の放射線が生じることがある。そういった場合も含め、様々な原因により、最大の信号値を出力したセンサは、医師や放射線技師がターゲットとする部位とは異なる領域を示す可能性がある。また、インプラント部などの非照射領域がない場合も、同様に、その最低の信号値を出力したセンサを含むある特定の範囲のセンサを用いてＡＥＣの監視をするべきではない。その場合、最低の信号値を出力したセンサの出力によって部位を特定することは、ノイズ成分の影響により困難であり、正確なＡＥＣ判定をすることは難しい。

本実施形態では、各階級の画像と参照画像とを比較することによって（即ち、パターンマッチングによって）ＡＥＣのための階級（ＡＥＣに使用するセンサ２１２）を決定するので、ノイズに対する耐性が高い。よって、高い精度でＡＥＣのための部位（即ち、ＡＥＣに使用するセンサ）を決定することができる。

上記実施形態は、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えば該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なメモリ媒体又は該プログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。

１０５：放射線検出部、１０６：信号処理部、２００：画素、２１２：センサ

Claims (8)

1. 放射線を検出する複数のセンサを有する放射線検出部と、
   前記複数のセンサによって検出された信号を処理する信号処理部と、を備え、
   前記信号処理部は、前記複数のセンサによって検出された信号をその信号値に基づいて複数の階級に分割することによって前記複数の階級にそれぞれ対応する複数の画像を生成し、前記複数の画像の少なくとも一部の画像のそれぞれと参照画像との類似性に基づいて前記複数の画像から１つの画像を選択し、該選択された１つの画像を構成する信号を検出したセンサを監視センサとして決定し、前記監視センサによって検出される信号に基づいて放射線の照射を監視する、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. 前記複数の画像の各々は、前記複数のセンサによって検出された信号のうち０以外の信号値を有する信号を黒画素とし、前記複数のセンサによって検出された信号のうち０の信号値を有する信号を白画素とした２値画像であり、前記参照画像は、黒画素および白画素からなる２値画像であり、
   前記信号処理部は、前記複数の画像の各々における黒画素と前記参照画像における黒画素とが一致する数に基づいて前記類似性を評価する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記複数の画像は、被検体を透過せずに放射線が入射したセンサによって検出された信号によって生成された画像、および、放射線が照射されないセンサによって検出された信号によって生成された画像の少なくも１つを含み、
   前記少なくとも一部の画像は、被検体を透過せずに放射線が入射したセンサによって検出された信号によって生成された画像、および、放射線が照射されないセンサによって検出された信号によって生成された画像を含まないように決定される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出装置。
4. 前記少なくとも一部の画像は、被検体を透過せずに放射線が入射したセンサによって検出された信号によって生成された画像の階級に隣接する階級の画像、および、放射線が照射されないセンサによって検出された信号によって生成された画像の階級に隣接する階級の画像を含まないように決定される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
5. 前記信号処理部は、放射線画像の撮像のために設定された情報に応じて、複数の参照画像の中から前記参照画像を選択する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
6. 前記信号処理部は、前記監視センサによって検出される信号に基づいて放射線の照射を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
7. 前記複数のセンサの各々は、放射線画像を撮像するための画素としても利用される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
8. 放射線を放射する放射線源と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線検出装置と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像システム。