WO2013157475A1 - 放射線画像検出装置及び放射線撮影システム - Google Patents
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Abstract
画質低下の懸念が少なく、かつ、手間を掛けずに、グリッドと線量検出センサの幾何学的配置のずれの影響を受けない安定したAECを行う。 検出パネル(35a)には、X線を受けて電荷を蓄積する複数の画素(45)と、X線の線量を検出する複数の検出画素(65)とが撮像面(36)に設けられている。複数の検出画素(65)は、間隔を空けて周期的に配置されている。撮像面(36)と対面する位置には、X線吸収部(33)とX線透過部(32)とが第1の方向に交互に周期的に配列されたグリッド(18)が配置されている。検出画素(65)の第1の方向の配置周期(S1)は、検出パネル35aによってグリッド(18)を撮影した場合に得られるグリッド検出信号(SG)の変動周期(1/FSG)と異なっているため、各検出画素(65)の出力値が分散され、出力値の平均値の変動幅が抑えられる。
Description
本発明は、放射線画像の露出制御を行うための線量検出センサを備えた放射線画像検出装置と、これを用いた放射線撮影システムに関する。
医療分野において、放射線、例えばX線を利用したX線撮影システムが知られている。X線撮影システムは、X線を発生するX線発生装置と、被写体(患者)を透過したX線により被写体のX線画像を撮影するX線撮影装置とで構成されている。X線発生装置は、X線を被写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線源を動作させるための指示を線源制御装置に入力する照射スイッチを有している。X線撮影装置は、被写体を透過したX線に基づく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制御、X線画像の保存や表示を行うコンソールを有している。
X線画像検出装置として、X線の入射量に応じた電荷を蓄積する画素がマトリクス状に配列された撮像面を有する検出パネルと、検出パネルを駆動する回路部とを有し、X線画像を電気信号として検出する画像検出部(フラットパネルディテクタ(FPD;flat panel detector)と呼ばれる)を用いたものが普及している。検出パネルは、画素毎に信号電荷を蓄積し、蓄積した電荷を信号処理回路で電圧信号に変換することで、被写体の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。X線画像検出装置には、電子カセッテと呼ばれる可搬型のX線画像検出装置もある。
X線撮影において、X線が被写体を透過するときに発生する散乱線の影響を減少させるために、グリッドと呼ばれる散乱線除去部材を用い、グリッドを被写体とX線画像検出装置との間に配置して撮影を行う場合がある。グリッドは、鉛のような、X線を吸収してX線を透過しにくい物質からなるX線吸収部と、アルミニウムのような、X線を透過しやすい物質からなるX線透過部とを、それぞれ細長い短冊状に形成し、短冊状のX線吸収部とX線透過部とを交互に配列したものである。X線吸収部とX線透過部は1方向に交互に配列されるため、X線吸収部とX線透過部によってストライプパターン(縞模様)が形成される。こうしたグリッドが、検出パネルの撮像面と被写体との間に配置される。グリッドを用いることにより、散乱線は、撮像面に到達する前にその大部分がグリッド内のX線吸収部に吸収されるので、散乱線の影響が少ないコントラストの高い画像を得ることができる。グリッドは、撮影台に取り付けられたり、X線画像検出装置の筐体に取り付けられて使用される。
また、グリッドの種類を表す項目の1つに、単位幅当たりのX線吸収部の本数を表すグリッド密度がある。グリッド密度としては、例えば、26本/cm~100本/cmの範囲で各種のものがある。グリッド密度が40本/cm(4本/mm)のグリッドの場合には、1組のX線吸収部とX線透過部の幅の合計値であるグリッドピッチは、250μmになる。
X線画像検出装置には、X線画像の露出制御を行うために、X線源から照射されるX線の線量が所定の照射停止閾値に達したときに、X線源によるX線の照射を停止させる自動露出制御(AEC;Automatic Exposure Control)機能を有するものがある(例えば、米国特許6952465号(対応日本出願:特開2004-167075号公報)及び米国特許6944266号(対応日本出願:特開2004-166724号公報)参照)。このようなX線画像検出装置には、被写体を透過したX線の線量を検出し、検出した線量に応じた信号を出力する線量検出センサが設けられている。
米国特許6952465号には、検出パネルの撮像面内に、画素とは別に、画素500個分の長さを持つストライプ状の線量検出センサを設けたX線画像検出装置が記載されている。米国特許6952465号では、グリッドと線量検出センサの相対的な位置関係である幾何学的配置にずれが生じた場合でも、線量検出センサが出力する信号の出力値の変動を抑えて安定したAECを行うことができるように、ストライプ状の線量検出センサの長手方向(ストライプの方向)と、グリッドのストライプの方向とが非平行(例えば直交)になるように線量検出センサを配置している。
すなわち、線量検出センサは撮像面内に設けられているため、グリッドの取り付けガタやグリッドの製造誤差などにより、グリッドと線量検出センサとの幾何学的配置に、ずれが生じる。グリッドのX線吸収部やX線透過部は、それぞれ1本の幅がμmオーダーである。そのため、グリッドの取り付けガタや製造誤差によって、グリッドと線量検出センサとの間において、X線吸収部やX線透過部の1本分程度の位置ずれは容易に起こる。グリッドとの幾何学的配置にずれが生じると、X線の照射量が同じでも、線量検出センサへのX線の入射量が変動するため、線量検出センサの出力値は変動する。こうした線量検出センサの出力値の変動幅は、線量検出センサのストライプの方向とグリッドのストライプの方向が平行な場合に最大となる。
例えば、線量検出センサのストライプの方向がグリッドのストライプの方向と平行な場合には、ストライプ状の線量検出センサが長手方向の全域に渡って、X線吸収部の背後に隠れてしまったり、その反対にX線透過部の背後に位置するといった状態が生じる。線量検出センサの全域がX線吸収部の背後に隠れてしまうと、線量検出センサの全域に渡ってX線の入射量が少なくなり、線量検出センサの出力値が最小となる。その反対に、X線の照射量が同じであっても、線量検出センサの全域がX線透過部の背後に位置する場合には、線量検出センサの全域に渡ってX線の入射量が多くなるため、線量検出センサの出力値は最大となる。このように、線量検出センサのストライプの方向とグリッドのストライプの方向を平行にすると、グリッドと線量検出センサの幾何学的配置のすれによる、線量検出センサの出力値の変動幅が大きくなる。
このため、米国特許6952465号においては、ストライプ状の線量検出センサを、グリッドのストライプの方向と非平行に配置することにより、グリッドと線量検出センサの幾何学的配置がずれても、常に、線量検出センサの一部はX線吸収部の背後に、他の一部はX線透過部の背後に位置するようにしている。こうすると、線量検出センサの一部はX線の入射量が相対的に低くなるが、他の部分では相対的に多くなるため、線量検出センサの出力値は平準化されることになる。そのため、線量検出センサのストライプ方向をグリッドのストライプ方向と平行に配置した場合と比べて、グリッドと線量検出センサの幾何学的配置のずれによる、線量検出センサの出力値の変動が抑えられて、安定したAECを行うことができる。
米国特許6952465号の実施形態においては、画素のサイズは105μm×105μmであり、線量検出センサは、画素500個分であるため、105μm×500個=52500μm(約50mm)程度の長さを持つ。線量検出センサは、一部の画素と置換したり、隣接する画素の間隙に配置される。画素の間隙に線量検出センサを配置する場合には、線量検出センサに隣接する画素のサイズを縮小して、線量検出センサを配置するスペースを確保している。こうした線量検出センサが、所定領域内に複数本配置される。
また、米国特許6944266号には、ストライプ状の線量検出センサの代わりに、撮像面内の画素の一部を、線量検出センサとして機能する検出画素(米国特許6944266号ではAEC画素と記載)としたX線画像検出装置が記載されている。米国特許6944266号の画素は、蓄積した電荷を保持したまま出力値を読み出す、いわゆる非破壊読み出しが可能なものを利用しており、検出画素も非破壊読み出しが可能である。
米国特許6944266号のX線画像検出装置においても、検出画素は撮像面内に配置されるため、米国特許6952465号と同様に、グリッドと検出画素の幾何学的配置のずれによって、検出画素の出力値に変動が生じる。米国特許6944266号では、各検出画素の出力値が変動する問題に対して、各検出画素の出力値を較正するキャリブレーションにより対処している。
具体的には、米国特許6944266号では、本撮影前に、グリッドを取り付けた状態で、撮像面に一様にX線を照射して、撮像面内の各検出画素の出力値を表すゲイン画像を取得する。ゲイン画像には、グリッドを取り付けた状態における各検出画素の出力値のバラツキが反映されている。そして、本撮影時のAECにおいては、各検出画素が出力する出力値を、ゲイン画像によってキャリブレーションを行うことで、各検出画素の出力値を補正している。各検出画素の出力値は、グリッド密度などのグリッドの種類ばかりでなく、X線の線量や管電圧によって決まる線質などを含む撮影条件によっても変動する。また、グリッドの種類や撮影条件が同じでも、グリッドの取り付けガタや製造時の誤差によってグリッドと検出画素の幾何学的配置がずれるため、ゲイン画像の取得は撮影毎に行われる。
米国特許6952465号においては、画素の置換や画素サイズの縮小によって、ストライプ状の線量検出センサを配置するスペースを確保するため、撮影されたX線画像には、線量検出センサに位置する領域において濃度が低下する。線量検出センサが位置する領域とそれに隣接する領域との濃度差は大きいため、スジ状の濃度段差となって現れる。ストライプ状の線量検出センサは、長さが約50mm有り、人の目で視認できる大きさを有するため、X線画像の濃度段差も人の目で視認できる大きさとなり、非常に目立ってしまう。米国特許6952465号には、このような濃度段差を解消するため、線量検出センサを欠陥画素と見なして欠陥補正を行うことも開示されてはいるが、欠陥補正を行うためには、補正データを用意する手間がかかる。さらに、線量検出センサが約50mmと大きいため、欠陥補正したとしても欠陥を視認できない程度まで完全に無くすことは難しく、X線画像の画質が低下する懸念がある。
米国特許6944266号の場合は、画素の一部を検出画素に利用しており、検出画素の出力値を非破壊で読み出しているため、米国特許6952465号のようにX線画像に濃度段差は生じない。そのため、欠陥補正に手間がかかるという問題やX線画像の画質低下という問題は発生しない。しかしながら、米国特許6944266号に記載のX線画像検出装置の場合、撮影毎にゲイン画像を取得しなければならず、ゲイン画像の取得に時間と手間がかかるという別の問題がある。さらに、ゲイン画像取得後、本撮影を行うまでの間に、衝撃などにより、グリッドと検出画素との幾何学的配置がずれてしまうと、取得したゲイン画像では、適正な補正ができなくなってしまうという問題がある。
本発明は、画質低下の懸念が少なく、かつ、手間を掛けずに、グリッドと線量検出センサの幾何学的配置のずれの影響を受けない安定したAECを行うことが可能な放射線画像検出装置及び放射線撮影システムを提供することを目的とする。
本発明の放射線画像検出装置は、検出パネルと、複数の線量検出センサとを備え、放射線を吸収する放射線吸収部と放射線を透過する放射線透過部とが第1の方向に交互に周期的に配された散乱線除去用グリッドを用いて撮影が行われる。検出パネルは、放射線源から照射された放射線を受ける画素が複数設けられた撮像面を有し、画素が被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する。複数の線量検出センサは、放射線画像の露出制御を行うために設けられ、撮像面内に間隔を空けて第1の方向に周期的に配置され、被写体を透過した放射線の線量を検出して線量に応じた信号を出力する。グリッド検出信号の変動周期と、撮像面における複数の線量検出センサの第1の方向の配置周期とが異なっている。グリッド検出信号は、撮像面に一様に放射線を照射して散乱線除去用グリッドを検出パネルで撮影した場合に得られる散乱線除去用グリッドの像を表すグリッド検出信号であり、放射線吸収部と放射線透過部の第1の方向の配列状態を反映して、出力値が周期的に変動する。
線量検出センサの配置周期は、グリッド検出信号の変動周期の整数倍ではないことが好ましい。
線量検出センサの配置周期と、グリッド検出信号の変動周期とは、互いに素であることが好ましい。
線量検出センサは、第1の方向に直交する第2の方向の配置周期もグリッド検出信号の変動周期と異なっていることが好ましい。線量検出センサは、第2の方向の配置周期が、第1の方向の配置周期と同じであることが好ましい。
1個の線量検出センサの最小サイズは、例えば、撮像面内の画素のサイズと同じである。また、画素の画素ピッチは、散乱線除去用グリッドにおいて1組の放射線吸収部と放射線透過部の幅であるグリッドピッチの1/2よりも大きい。
線量検出センサは、例えば、画素の一部を利用した検出画素である。複数の検出画素が、第1の方向に相当する行方向及び第2の方向に相当する列方向のそれぞれに1行及び1列以上ずらして配置されている場合には、第1の方向の配置周期は、行方向の長さであり、第2の方向の配置周期は、列方向の長さである。1個の線量検出センサは、隣接した複数の検出画素からなる検出画素群であってもよい。この場合の配置周期は、間隔を空けて周期的に配置される複数の検出画素群の配置周期である。
線量検出センサは、単位時間当たりの線量に応じた信号を出力し、線量検出センサの出力値を積算して、積算された積算値と予め設定した照射停止閾値とを比較し、積算値が照射停止閾値に達した際に放射線源による放射線の照射を停止させる自動露出制御部を備えていることが好ましい。自動露出制御部は、複数の線量検出センサの出力値を平均した平均値を算出し、算出した平均値を積算して積算値を求める。
散乱線除去用グリッドを着脱自在に取り付け可能であることが好ましい。
また、本発明は、放射線を照射する放射線源を備えた放射線発生装置と、放射線画像を検出する放射線画像検出装置とで構成される放射線撮影システムであり、放射線を吸収する放射線吸収部と放射線を透過する放射線透過部とが第1の方向に交互に周期的に配された散乱線除去用グリッドを用いて撮影が行われる。放射線画像検出装置は、検出パネルと、複数の線量検出センサとを備えている。検出パネルは、放射線源から照射された放射線を受ける画素が複数設けられた撮像面を有し、画素が被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する。複数の線量検出センサは、放射線画像の露出制御を行うために設けられ、撮像面内に間隔を空けて第1の方向に周期的に配置され、被写体を透過した放射線の線量を検出して線量に応じた信号を出力する。グリッド検出信号の変動周期と、撮像面における複数の線量検出センサの第1の方向の配置周期とが異なっている。グリッド検出信号は、撮像面に一様に放射線を照射して散乱線除去用グリッドを検出パネルで撮影した場合に得られる散乱線除去用グリッドの像を表すグリッド検出信号であり、放射線吸収部と放射線透過部の第1の方向の配列状態を反映して、出力値が周期的に変動する。
本発明によれば、撮像面に間隔を空けて配置される複数の線量検出センサの配置周期が、撮像面に一様に放射線を照射して散乱線除去用グリッドを検出パネルで撮影した場合に得られる散乱線除去用グリッドの像を表すグリッド検出信号の出力値の変動周期と異なっていることから、複数の線量検出センサのすべてがグリッド検出信号の最大出力値あるいは最小出力値の位置に配置されることはない。したがって、画質低下の懸念が少なく、かつ、手間を掛けずに、グリッドと線量検出センサの幾何学的配置のずれの影響を受けない安定したAECを行うことが可能となる。
「第1実施形態」
図1に示すように、本発明のX線撮影システム10は、X線を発生するX線発生装置11と、被写体である患者Mを透過したX線からX線画像を撮影するX線撮影装置12とから構成されている。X線発生装置11は、X線を照射するX線源13、X線源13を制御する線源制御装置14、及びX線の照射開始を指示する照射スイッチ15で構成されている。X線撮影装置12は、可搬型のX線画像検出装置である電子カセッテ16、及び電子カセッテ16を制御するコンソール17、撮影台30で構成されている。線源制御装置14、電子カセッテ16、及びコンソール17は、相互に通信が可能なように有線または無線方式で接続されている。
図1に示すように、本発明のX線撮影システム10は、X線を発生するX線発生装置11と、被写体である患者Mを透過したX線からX線画像を撮影するX線撮影装置12とから構成されている。X線発生装置11は、X線を照射するX線源13、X線源13を制御する線源制御装置14、及びX線の照射開始を指示する照射スイッチ15で構成されている。X線撮影装置12は、可搬型のX線画像検出装置である電子カセッテ16、及び電子カセッテ16を制御するコンソール17、撮影台30で構成されている。線源制御装置14、電子カセッテ16、及びコンソール17は、相互に通信が可能なように有線または無線方式で接続されている。
電子カセッテ16は、立位撮影台30に着脱自在に取り付け可能である。電子カセッテ16は、撮像面36が形成された検出パネル35aを有する画像検出部35(図4参照)と、画像検出部35を収容する可搬型の扁平な筐体(図示せず)とからなる。本実施形態の電子カセッテ16の平面形状は、例えば、縦横のサイズが同じ正方形状である。
電子カセッテ16は、検出パネル35aの撮像面36(図4参照)がX線源13と対向する姿勢で保持されるように、立位撮影台30のホルダ30aに着脱自在にセットされる。なお、電子カセッテ16は、立位撮影台30や、臥位撮影台(図示せず)にセットされる他に、患者Mが仰臥するベッド上に置いたり患者M自身に持たせたりして単体で使用されることもある。
また、X線撮影装置12は、X線が患者Mを透過する際に発生する散乱線を除去する散乱線除去用グリッド(以下、グリッドという)18を用いた撮影を行うことが可能である。グリッド18は、電子カセッテ16とほぼ同じ大きさの薄板であり、グリッド18は、電子カセッテ16とともに、撮影台30のホルダ30aに着脱自在に取り付けられる。グリッド18は、電子カセッテ16の撮像面36と対面する姿勢でホルダ30aに配置される。これにより、撮影時には、グリッド18は、患者Mと電子カセッテ16の間に位置する。
グリッド18は、ホルダ30aに着脱自在であるため、撮影目的に応じてグリッド18を交換したり、ホルダ30aからグリッド18を取り外してX線撮影を行うこともできる。ホルダ30aにはグリッド18を揺動させる機構はついておらず、したがってグリッド18は設置位置で固定して使われるいわゆる静止グリッドである。なお、グリッド18を、電子カセッテ16に着脱自在に取り付けてもよい。この場合においても、撮影目的に応じてグリッド18を交換したり、グリッド18を取り外して撮影を行うことができる。
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とを備えている。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)とを有している。照射野限定器13bは、例えば、X線を遮蔽する4枚の鉛板を四角形の各辺上に配置して、X線を透過させる四角形の照射開口を中央に形成したものであり、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。
図2に示すように、線源制御装置14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、高電圧ケーブルを通じてX線源13に供給する高電圧発生器20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21と、コンソール17との主要な情報、信号の送受信を媒介する通信I/F22とを備える。
制御部21には、照射スイッチ15とメモリ23とタッチパネル24とが接続されている。照射スイッチ15は、撮影開始時に放射線技師等のオペレータによって操作されるスイッチであり、例えば二段階の押圧操作が可能な押しボタンスイッチである。照射スイッチ15は、一段階目の押圧操作で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、二段階目の押圧操作でX線源13にX線の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を通じて線源制御装置14に入力される。制御部21は、照射スイッチ15から照射開始信号を受けたときに高電圧発生器20からX線源13への電力供給を開始させる。
メモリ23は、管電圧、管電流、照射時間あるいは管電流照射時間積(mAs値)といった撮影条件を予め数種類格納している。撮影条件は、タッチパネル24を通じてオペレータにより手動で設定される。線源制御装置14は、設定された撮影条件の管電圧や管電流、照射時間あるいは管電流照射時間積でX線の照射制御を開始する。電子カセッテ16には、AEC機能が設けられており、X線源13から照射されるX線の単位時間当たりの線量を検出して、X線の累積線量が必要十分な目標線量に到達したと判定すると、線源制御装置14に予め設定された照射時間あるいは管電流照射時間積以下であってもX線の照射を停止するように機能する。
なお、目標線量に達してAEC機能による照射停止の判定がされる前にX線の照射が終了して線量不足に陥ることを防ぐために、線源制御装置14に設定される照射時間または管電流照射時間積には余裕を持った値が設定される。線源制御装置14において安全規制上撮影部位に応じて設定されている照射時間の最大値を設定してもよい。なお、撮影条件は、通信I/F22を介してコンソール17から送信されてきたものを設定してもよい。
照射信号I/F25は、電子カセッテ16のAEC機能を用いる場合に電子カセッテ16と接続される。この場合、制御部21は、照射スイッチ15からウォームアップ開始信号を受けたときに、照射信号I/F25を介して、X線の照射を開始してよいかを問い合わせる照射開始要求信号を電子カセッテ16に送信する。電子カセッテ16では、照射開始要求信号を受信すると準備処理が行なわれる。電子カセッテ16は、準備処理が完了して撮影可能な状態になった場合に照射許可信号を線源制御装置14に送信する。制御部21は、電子カセッテ16から照射許可信号を照射信号I/F25で受け、さらに照射スイッチ15から照射開始信号を受けたときに、高電圧発生器20からX線源13に対して、X線を照射するための電力供給を開始させる。また、制御部21は、電子カセッテ16から発せられる照射停止信号を照射信号I/F25で受けたときに、高電圧発生器20からX線源13への電力供給を停止させ、X線の照射を停止させる。さらに、制御部21は、照射停止信号の受信を契機にX線の照射を停止させる機能だけでなく、設定された照射時間となったらX線の照射を停止させるためのタイマーを内蔵している。
図3に示すように、グリッド18は、電子カセッテ16とほぼ同サイズで同形状をしている。グリッド18は、本発明の第2の方向に相当するY1方向に延びる短冊状のX線透過部32とハッチングで示すX線吸収部33を有し、これら各部32、33を、Y1方向に直交し、本発明の第1の方向に相当するX1方向に交互に周期的に配置した構成である。X線透過部32は、例えばアルミニウム等のX線を透過しやすい材質で形成されている。X線吸収部33は、例えば鉛やモリブデン合金、タンタル合金等のX線の遮蔽性が高くX線を吸収しやすい材質で形成されている。グリッド18は、X線が患者Mを透過する際に発生する散乱線をX線吸収部33で吸収することにより、散乱線によってX線画像のコントラストが低下するのを防止する。
グリッド18は、X線透過部32及びX線吸収部33の配列方向であるX1方向が、画素45の行方向X2(図4参照)と一致するようホルダ30aに取り付けられる。
グリッド18には、X線透過部32及びX線吸収部33の配列方向(X1方向)における、単位幅当たりのX線吸収部33の本数を表すグリッド密度が、例えば26本/cm~100本/cmの範囲で様々な種類がある。本実施形態では、X線撮影において一般的なグリッド密度40本/cm(4本/mm)のグリッドを使用している。X1方向における、X線透過部32とX線吸収部33の幅の合計値がグリッドピッチGorgとなる。グリッド密度が4本/mmの場合のグリッドピッチGorgは250μmとなる。
図4において、電子カセッテ16は、上述した筐体内に、検出パネル35aを有する画像検出部35と、アンテナ37及びバッテリ38とを内蔵している。電子カセッテ16は、アンテナ37及びバッテリ38により、コンソール17と無線通信が可能である。アンテナ37は、無線通信のための電波をコンソール17との間で送受信する。バッテリ38は、電子カセッテ16の各部を動作させるための電力を供給する。バッテリ38は、薄型の電子カセッテ16内に収まるよう比較的小型のものが使用される。また、バッテリ38は、電子カセッテ16から外部に取り出して専用のクレードルにセットして充電することも可能である。バッテリ38を無線給電可能な構成としてもよい。
電子カセッテ16には、アンテナ37に加えてソケット39が設けられている。ソケット39は、コンソール17と有線接続するために設けられており、バッテリ38の残量不足等で電子カセッテ16とコンソール17との無線通信ができなくなった場合に使用される。ソケット39にコンソール17からのケーブルを接続すると、コンソール17との有線通信が可能になる。その際に、ソケット39に接続されたケーブルを介して、コンソール17から電子カセッテ16に給電してもよい。
アンテナ37およびソケット39は、通信部40に設けられている。通信部40は、アンテナ37またはソケット39と制御部41、メモリ42間の画像データを含む各種情報、信号の送受信を媒介する。
画像検出部35は、検出パネル35aと、検出パネル35aの駆動を制御する回路部とで構成される。検出パネル35aは、TFT(Thin Film Transistor)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45を配列してなる撮像面36を備えている。複数の画素45は、所定の画素ピッチで二次元にn行(X2方向)×m列(Y2方向)のマトリクス状に配列されている。検出パネル35aは、平面形状が正方形状であり、撮像面36のサイズは例えば430mm×430mm、画素数が例えば2880×2880である。画素45は縦横のサイズが同じ正方画素であり、画素45のサイズは、例えば150μm×150μmである。画素45の縦横のサイズは、それぞれX2方向及びY2方向の画素ピッチΔに相当する。
検出パネル35aは、X線を可視光に変換するシンチレータ(蛍光体、図示せず)をさらに有し、シンチレータによって変換された可視光を画素45で光電変換する間接変換型である。シンチレータは、CsI:Tl(タリウム賦活ヨウ化セシウム)やGOS(Gd2O2S:Tb、テルビウム賦活ガドリウムオキシサルファイド)等からなり、画素45が配列された撮像面36の全面と対向するように配置されている。なお、シンチレータとTFTアクティブマトリクス基板は、X線の入射する側からみてシンチレータ、基板の順に配置されるPSS(Penetration Side Sampling)方式でもよいし、逆に基板、シンチレータの順に配置されるISS(Irradiation Side sampling)方式でもよい。また、シンチレータを用いず、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検出パネルを用いてもよい。
画素45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46、およびスイッチング素子としてTFT47を備える。
フォトダイオード46は、電荷を発生する半導体層(例えばPIN(p-intrinsic-n)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46は、下部電極にTFT47が接続され、上部電極にはバイアス線48が接続されており、バイアス線48は撮像面36内の画素45の行数分(n行分)設けられて母線49に結束されている。母線49はバイアス電源50に繋がれている。母線49とその子線のバイアス線48を通じて、バイアス電源50からフォトダイオード46の上部電極にバイアス電圧Vbが印加される。バイアス電圧Vb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、フォトダイオード46に電荷が蓄積される。
TFT47は、ゲート電極が走査線51に、ソース電極が信号線52に、ドレイン電極がフォトダイオード46にそれぞれ接続される。走査線51と信号線52は格子状に配線されており、走査線51は撮像面36内の画素45の行数分(n行分)、信号線52は画素45の列数分(m列分)それぞれ設けられている。走査線51はゲートドライバ53に接続され、信号線52は信号処理回路54に接続される。
検出パネル35aの駆動を制御する回路部は、制御部41、ゲートドライバ53、信号処理回路54などからなる。制御部41は、ゲートドライバ53を通じてTFT47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45に蓄積する蓄積動作と、画素45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)動作とを検出パネル35aに行わせる。
蓄積動作ではTFT47がオフ状態にされ、その間に画素45に信号電荷が蓄積される。読み出し動作では、ゲートドライバ53から同じ行のTFT47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51を一行ずつ順に活性化し、走査線51に接続されたTFT47を一行分ずつオン状態とする。オン状態となる時間は、ゲートパルスのパルス幅で規定されており、TFT47はパルス幅で規定された時間が経過するとオフ状態に復帰する。画素45のフォトダイオード46に蓄積された電荷は、TFT47がオン状態になると信号線52に読み出されて、信号処理回路54に入力される。
信号処理回路54は、積分アンプ60、マルチプレクサ(MUX)61、およびA/D変換器(A/D)62等を備える。積分アンプ60は、各信号線52に対して個別に接続される。積分アンプ60は、オペアンプ60aとオペアンプ60aの入出力端子間に接続されたキャパシタ60bとからなり、信号線52はオペアンプ60aの一方の入力端子に接続される。オペアンプ60aのもう一方の入力端子はグランド(GND)に接続される。キャパシタ60bにはリセットスイッチ60cが並列に接続されている。積分アンプ60は、信号線52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。各列のオペアンプ60aの出力端子には、増幅器63、サンプルホールド(S/H)部64を介してMUX61が接続される。MUX61の出力側には、A/D変換器62が接続される。
MUX61は、パラレルに接続される複数の積分アンプ60から順に一つの積分アンプ60を選択し、選択した積分アンプ60から出力される電圧信号D1~DmをシリアルにA/D変換器62に入力する。A/D変換器62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16に内蔵されるメモリ42に出力する。なお、MUX61とA/D変換器62の間に増幅器を接続してもよい。
MUX61によって積分アンプ60から一行分の電圧信号D1~Dmが読み出されると、制御部41は、積分アンプ60に対してリセットパルスRSTを出力し、リセットスイッチ60cをオンする。これにより、キャパシタ60bに蓄積された一行分の信号電荷が放電されてリセットされる。積分アンプ60がリセットされると、ゲートドライバ53から次の行のゲートパルスが出力され、次の行の画素45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45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42に記録される。この画像データはメモリ42から読み出され、通信部40を通じてコンソール17に出力される。こうして患者のX線画像が検出される。
フォトダイオード46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Vbが印加されているために画素45のフォトダイオード46に蓄積される。画素45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45において発生する暗電荷を、信号線52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45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、ゲートドライバ53から走査線51に対してゲートパルスG1~Gnを順次発生して、画素45のTFT47を一行ずつオン状態にする。TFT47がオン状態になっている間、画素45から暗電荷が信号線52を通じて積分アンプ60のキャパシタ60bに流れる。リセット動作では、読み出し動作と異なり、MUX61によるキャパシタ60b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、制御部41からリセットパルスRSTが出力されてリセットスイッチ60cがオンされ、キャパシタ60bに蓄積された電荷が放電されて積分アンプ60がリセットされる。
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や、全行にゲートパルスを入れて全画素の暗電荷を同時に掃き出す全画素リセット方式を用いてもよい。並列リセット方式や全画素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。
制御部41は、線源制御装置14の制御部21からの照射開始要求信号を受信したタイミングで、検出パネル35aにリセット動作を行わせて線源制御装置14に照射許可信号を返信する。そして、照射開始信号を受信したタイミングで検出パネル35aの動作をリセット動作から蓄積動作へ移行させる。
検出パネル35aは、上述のようにTFT47を介して信号線52に接続された通常の画素45の他に、TFT47を介さず信号線52に短絡して接続された検出画素65を同じ撮像面36内に複数備えている。検出画素65は、患者Mを透過して撮像面36に入射するX線の線量を検出するために利用される線量検出センサとして機能する。本実施形態においては、1個の検出画素65が1個の線量検出センサを構成する。検出画素65は撮像面36内の画素45の数%程度を占める。本実施形態の検出画素65は、フォトダイオード46などの基本的な構成は画素45と全く同じである。したがって両者はほぼ同様の製造プロセスで形成することができる。このため1個の検出画素65のサイズは、画素45と同じであり、150μm×150μmである。
検出画素65は、信号線52との間にTFT47が設けられておらず、信号線52に直に接続されているので、検出画素65のフォトダイオード46で発生する信号電荷は、TFT47のオンオフに関わらず直ちに信号線52に流れ出す。同じ行にある通常の画素45がTFT47をオフ状態とされ、信号電荷を蓄積する蓄積動作中であっても同様である。このため検出画素65が接続された信号線52上の積分アンプ60のキャパシタ60bには、検出画素65のフォトダイオード46で発生した電荷が常に流入する。検出パネル35aが蓄積動作中に、キャパシタ60bに蓄積された検出画素65からの電荷は、所定のサンプリング周期でMUX61を介して電圧値としてA/D変換器62に出力される。A/D変換器62は、電圧値を、各検出画素65の線量検出信号としてメモリ42に出力する。線量検出信号は、単位時間当たりに照射されるX線の線量を表す。所定のサンプリング周期で出力される線量検出信号は、順次メモリ42に出力される。
図5に示すように、検出画素65は、撮像面36内で局所的に偏ることなく撮像面36内に満遍なく散らばるように、一定の配置周期S1、S2でX2方向及びY2方向に配置されている。検出画素65の位置は、検出パネル35aの製造時に既知であり、制御部41の内部メモリ(図示せず)には、各検出画素65の撮像面36内における位置を表す座標情報が予め記憶されている。A/D変換器62が出力する各検出画素65の線量検出信号は、座標情報と対応付けてメモリ42に記録される。
AEC部(自動露出制御部)67は、制御部41により駆動制御される。AEC部67は、メモリ65から各検出画素65の線量検出信号を読み出して、読み出した線量検出信号に基づいてAECを行う。
図6に示すように、AEC部67は、採光野選択回路75、積分回路76、比較回路77、および閾値発生回路78を有する。採光野選択回路75は、撮影条件に応じて設定された採光野の情報に基づき、撮像面36内に散らばった複数の検出画素65のうち、どの検出画素65の線量検出信号をAECに用いるかを選択する。積分回路76は、採光野選択回路75で選択された検出画素65からの線量検出信号の出力値の平均値を求める。例えば、図5に二点鎖線で示す符号Aa及びAbの領域が採光野として選択されている場合には、積分回路76は、採光野Aa及び採光野Ab内のそれぞれ4個の検出画素65の線量検出信号の出力値の平均値を求める。あるいは、採光野Aa及び採光野Ab内の合計8個の検出画素65の出力値の平均値を求める。平均値の算出は、線量検出信号がサンプリングされる毎に行われる。そして、積分回路76は、平均値を積算して積算値を求める。積算値は、照射されるX線の累積線量を表す。比較回路77は、積分回路76からの線量検出信号の積算値と、閾値発生回路78から与えられる照射停止閾値とを比較する。積算値が閾値に達したとき、比較回路77は照射停止信号を出力する。
通信部40には、上述のアンテナ37とソケット39の他に照射信号I/F80が設けられている。照射信号I/F80には線源制御装置14の照射信号I/F25が接続される。照射信号I/F80は、照射開始要求信号の受信、照射開始要求信号に対する照射許可信号の送信、照射開始信号の受信、比較回路77が出力する照射停止信号の送信を行う。
図7に示すように、グリッド18を用いたグリッド撮影を行う場合には、撮像面36の前方(X線の入射側)にグリッド18が配置され、グリッド18と検出画素65が重なる。図8に示すように、検出画素65のX2方向の配置周期S1は、グリッド検出信号SGの出力値の変動周期1/FSGと一致せず(S1≠1/FSG)、また変動周期1/FSGの整数倍にもならないようになっている。すなわち、配置周期S1≠N・(1/FSG):Nは整数)となっている。ここで、グリッド検出信号SGとは、図9に示すように、撮像面36に一様にX線を照射して、グリッド18を検出パネル35aで撮影した場合に得られるグリッド18の像を表すグリッド画像信号である。
X線を撮像面36に向けて一様に照射しても、撮像面36の前方にグリッド18が配置されている状態では、照射されたX線の一部はX線吸収部33に吸収されるため、撮像面36内の各画素45が出力する出力値は変動する。グリッド検出信号SGは、X線透過部32とX線吸収部33が交互に配列される配列状態を反映したストライプパターン(縞模様)を表す信号となり、X2方向の出力値は、最大出力値Dmaxと最小出力値Dminiの間で周期的に変動する。グリッド検出信号SGは、グリッド検出信号SGの周波数をFSGとすると、出力値の変動周期は、周波数FSGの逆数である1/FSGとなる。
グリッド検出信号SGは、グリッド18の像を表す画像信号であるため、グリッド18のグリッドピッチGorgに対して、検出パネル35aの空間分解能が十分に高ければ、グリッド検出信号SGにおいて、グリッド18のストライプパターンが正確に再現されるため、グリッドピッチGorgと、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGは一致する。
しかし、本実施形態において、画素45の画素ピッチΔは150μm、グリッド18のグリッドピッチGorgは250μmであり、画素45の画素ピッチΔ(150μm)はグリッドピッチGorg(250μm)の1/2(250μ/2=125μm)よりも大きい。そのため、画素45の画素ピッチΔによって決まる検出パネル35aの空間分解能を表すサンプリング周波数をfsとすると、グリッド18の周波数1/Gorg(1/250μm)は、サンプリング周波数fs(1/150μm)の1/2であるナイキスト周波数fn(1/(2×150μm)=1/300μm)よりも大きくなる。このような検出パネル35aとグリッド18の組み合わせの場合、検出パネル35aでグリッド18を撮影すると、ナイキスト定理より、グリッド検出信号SGには折り返しノイズが発生する。折り返しノイズが発生すると、グリッド検出信号SGにおいてグリッド18の像を正確に再現することができず、グリッドピッチGorgとグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGは一致しない。
具体的には、検出パネル35aのサンプリング周波数fsは、1/150μm=0.0067/μm(6.7/mm)であり、ナイキスト周波数fnは1/(2×150μm)=0.0033/μm(3.3/mm)である。グリッド18のグリッド密度が40本/cm(4本/mm)であるから、グリッド検出信号SGの周波数FSGは、ナイキスト周波数fnで折り返された3.3-(4-3.3)=2.6/mmとなる。変動周期1/FSGは、1/(2.6/mm))=0.384mm(384μm)となり、グリッドピッチGorg=250μmと一致しない。グリッド検出信号SGは、X2方向において、変動周期1/FSG=0.384mm(384μm)の周期で出力が変動することになる。なお、図において、グリッド検出信号SGを連続的な信号として簡略化して示しているが、実際には、画素45の出力値で構成される信号であるので、サンプリング周波数fsに応じた離散的な値となる。
検出画素65は、このようなグリッド検出信号SGに基づいて、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGと、検出画素65の配置周期S1が一致しないように配置される。ここで、配置周期S1は、画素45の個数を単位とする長さである。本例では、図8に示すように、2つの検出画素65の間に4個の画素45の間隔を空けて、各検出画素65は4画素置きに配置される。検出画素65を4画素置きに配置した場合、検出画素65の配置周期S1は、2つの検出画素65の間に配置される画素45の個数に、1個の検出画素65の個数を足した数なので、4+1=5個となる。本例のグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGは、384μmであるので、これを画素45の個数を単位とする長さに換算すると、384μm/150μm=2.56個となる。したがって、検出画素65の配置周期S1(5個)とグリッド検出信号SGの変動周期1/FSG(384μm)を画素45の個数に換算した換算値(2.56個)は一致しない。また、配置周期S1(5個)を変動周期1/FSGの換算値(2.56個)で除算しても、5/2.56=1.95となるため、配置周期S1がグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGの整数倍にもならない。
このように、「配置周期S1≠N・(1/FSG)」(Nは整数)とすることにより、複数の検出画素65のすべてが、グリッド検出信号SGの最大出力値Dmaxの位置に配置されたり、あるいは、最小出力値Dminの位置に配置されることがなくなる。つまり、各検出画素65の出力値が、すべて最大出力値Dmaxになったり、すべて最小出力値Dminになることはない。
図8に示す例では、各検出画素65の線量検出信号の出力値は、D1~D3となり、最大出力値Dmaxと最小出力値Dminの範囲内で、分散する。そして、図10に示すように、グリッド18の取り付けガタや製造誤差によって、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置が、図8に示す状態から1個の画素45のサイズ分、ずれた場合でも、各検出画素65の出力値は、D4~D6となり、最大出力値Dmaxと最小出力値Dminの範囲で分散することになる。この場合も、各検出画素65の出力値のすべてが、最大出力値Dmaxや最小出力値Dminになることはない。
複数の検出画素65の出力値は、最大出力値Dmaxと最小出力値Dminの範囲で分散するため、出力値の平均値の変動幅は、最大出力値Dmaxと最小出力値Dminの差である最大出力差ΔDmaxよりも小さくなる。上述のとおり、AEC部67は、図5に示す採光野Aa及び採光野Ab内の各検出画素65の出力値の平均値を、AECの判定に使用する。平均値の変動幅が小さくなれば、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置がずれた場合でも、採光野Aa、Abに入射する線量に応じた出力値が安定することを意味するため、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置のずれの影響を受けない安定したAECを行うことができる。
これに対して、図11、図12に示す比較例のように、配置周期S1a=変動周期1/FSGaとなっている場合には、各検出画素65の出力値の変動幅は、最大出力差ΔDmaxになってしまう。ここで、図11、図12において、符号Δaは画素45の画素ピッチを示す。検出画素65は1画素置きに配置されており、検出画素65の配置周期S1aは2個分の画素45の長さである。符号SGa、FSGaは、それぞれ比較例におけるグリッド検出信号とグリッド検出信号SGaの周波数である。
配置周期S1a=変動周期1/FSGaの場合には、各検出画素65の出力値がばらつかずに、同じ出力値となる。そして、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置によっては、図11に示すように、各検出画素65の出力値がすべて最小出力値Dminを示す場合や、図12に示すように、各検出画素65の出力値がすべて最大出力値Dmaxを示す場合も起こりうる。比較例においては、各検出画素65の出力値は同じ値であるため、各検出画素65の出力値を平均しても1個の検出画素65の出力値と同じ値となる。そのため、平均値の変動幅は、最大出力値Dmaxと最小出力値Dminの差である最大出力差ΔDmaxとなる。平均値の変動幅が大きいと、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置のずれの影響が大きく、安定したAECを行うことができない。
図13に示す比較例は、図11、図12に示す配置周期S1aを、変動周期1/FSGの3倍にした場合の例である。このように配置周期S1aが変動周期1/FSGの整数倍になっている場合も、図11、図12と同様に、複数の検出画素65の出力値が同じ値となる。このため、図11、図12に示す比較例と同様に、各検出画素65の出力値の変動幅は最大出力差ΔDmaxとなり、安定したAECを行うことができない。
グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGの求め方は、上述したように、画素45の画素ピッチΔによって決まる検出パネル35aのサンプリング周波数Fsと、グリッドピッチGorgとに基づいて計算で求めてもよいし、検出パネル35aでグリッド18を実際に撮影してグリッド検出信号SGを取得し、取得したグリッド検出信号SGに対してフーリエ変換などを行って、グリッド検出信号SGの周波数FSG及び変動周期1/FSGを求めてもよい。グリッド検出信号SGを取得するための撮影や計算は、電子カセッテ16の設計時や製造時に行われる。そして取得したグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGに基づいて配置周期S1、S2が決められる。1つの電子カセッテ16に、グリッド密度が異なる複数種類のグリッド18を組み合わせて使用可能にする場合には、グリッド18の種類毎にグリッド検出信号SGを取得する。そして取得した複数のグリッド検出信号SGに基づいて、「配置周期S1≠N・(1/FSG)」(Nは整数)の条件を満たすように配置周期S1が決められる。
また、画素45は正方画素であり、Y2方向における画素45の画素ピッチも、X2方向と同様にΔである。そして、検出画素65のY2方向の配置周期S2は、配置周期S1と同一になっている。そのため、配置周期S2と、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGと一致せず、また変動周期1/FSGの整数倍にもなっていない。すなわち、配置周期S2に関しても、配置周期S1と同様に、配置周期S2≠1/FSGで「配置周期S2≠N・(1/FSG)」(Nは整数)の関係になっている。そのため、図14に示すように、グリッド18が図7に示す状態から90°回転された状態で使用される場合でも、複数の検出画素65の出力値の平均値の変動幅は、最大出力差ΔDmaxよりも小さくなるため、安定したAECを行うことができる。
図15に示すように、コンソール17は、コンソール本体17a、ディスプレイ17b及びキーボード17cから構成されている。コンソール17は、有線方式や無線方式により電子カセッテ16と通信可能に接続されており、電子カセッテ16の動作を制御する。具体的には、電子カセッテ16に対して撮影条件を送信して、AECや信号処理回路54の信号処理の条件(蓄積される信号電荷に応じた電圧を増幅するアンプのゲイン等)を設定させるとともに、電子カセッテ16の電源のオンオフ、省電力モードや撮影準備状態へのモード切り替え等の制御を行う。
コンソール17は、電子カセッテ16から送信されるX線画像に対してオフセット補正やゲイン補正、欠陥補正等の各種画像処理を施す。欠陥補正では、検出画素65がある列の画素値を隣り合う検出画素65がない列の画素値で補間する。画像処理済みのX線画像はディスプレイ17bに表示される他、そのデータがコンソール本体17a内のストレージデバイス87やメモリ86、あるいはコンソール17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に記憶される。なお、上記の各種画像処理を電子カセッテ16で行ってもよい。
コンソール17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17b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、オペレータにより手動入力される。検査オーダには、頭部、胸部、腹部等の撮影部位、正面、側面、斜位、PA(X線を被検体の背面から照射)、AP(X線を被検体の正面から照射)といった撮影方向が含まれる。オペレータは、検査オーダの内容をディスプレイ17bで確認し、その内容に応じた撮影条件をコンソール17の操作画面を通じて入力する。
図16に示すように、コンソール17では撮影部位毎に撮影条件を設定可能である。撮影条件には、管電圧、管電流、検出画素65の採光野、検出画素65の線量検出信号の積算値と比較してX線の照射停止を判断するための照射停止閾値等が記憶されている。撮影条件の情報はストレージデバイス87に格納されている。線源制御装置14の撮影条件は、オペレータがコンソール17の撮影条件を参照して同様の撮影条件を手動設定する。
採光野はAECに用いる検出画素65の領域を示し、撮影部位毎に診断時に最も注目すべき関心領域にあたり、且つ線量検出信号を安定して得られる部分が設定されている。例えば撮影部位が胸部の場合は、図5に点線で囲んだ採光野Aa、Abで示すように肺野の部分が採光野として設定されている。採光野はXY座標で表されており、本例のように採光野が矩形の場合は例えば対角線で結ぶ二点のXY座標が記憶されている。XY座標は、電子カセッテ16の画素45(検出画素65も含む)の撮像面36内における位置と対応しており、走査線51に平行な方向をX軸、信号線52に平行な方向をY軸とし、左上の画素45の座標を原点(0、0)において表現する。
図15において、コンソール本体17aは、CPU85、メモリ86、ストレージデバイス87、通信I/F88及び入出力I/F89を備えている。これらはデータバス90を介して相互接続されている。ディスプレイ17b及びキーボード17cは、入出力I/F89を介してコンソール本体17aに接続されている。なお、キーボード17cに代えて、マウスやタッチパネル等を用いてもよい。
ストレージデバイス87は、例えばHDD(Hard Disk Drive)である。ストレージデバイス87には、制御プログラムやアプリケーションプログラム(以下、APという)92が記憶される。AP92は、検査オーダやX線画像の表示処理、X線画像に対する画像処理、撮影条件の設定等、X線撮影に関する様々な機能をコンソール17に実行させるためのプログラムである。
メモリ86は、CPU85が処理を実行するためのワークメモリである。CPU85は、ストレージデバイス87に記憶された制御プログラムをメモリ86へロードして、プログラムに従った処理を実行することにより、コンピュータの各部を統括的に制御する。通信I/F88は、RIS、HIS、画像蓄積サーバ、電子カセッテ16等の外部装置との無線または有線による伝送制御を行うネットワークインターフェースである。
図17において、コンソール17のCPU85は、AP92を起動すると、格納・検索処理部95、入出力制御部96、および主制御部97として機能する。格納・検索処理部95は、各種データのストレージデバイス87への格納処理、およびストレージデバイス87に記憶された各種データの検索処理を実行する。入出力制御部96は、入出力I/F89を介してキーボード17cの操作に応じた描画データをストレージデバイス87から読み出し、読み出した描画データに基づいたGUIによる各種操作画面をディスプレイ17bに出力する。また、入出力制御部96は、操作画面を通じてキーボード17cからの操作指示の入力を受け付ける。主制御部97は、電子カセッテ16の動作制御を担うカセッテ制御部98を有するとともに、コンソール17の各部の動作を統括的に制御する。カセッテ制御部98は、設定された撮影条件に応じた採光野の情報と照射停止閾値の情報を格納・検索処理部95から受け取り、これらを電子カセッテ16に提供する。
なお、コンソール17は、この他にも上述のオフセット補正、ゲイン補正、欠陥補正等の各種画像処理を行う画像処理部や、線源制御装置14、電子カセッテ16との間の通信を媒介する通信部がCPU85に構築される。なお、本例のように各部の機能をソフトウェアで実現するのではなく、各部を専用のハードウェアで構成してもよい。また、オフセット補正、ゲイン補正、欠陥補正等の画像処理の全部又は一部を、電子カセッテ16で行ってもよい。
次に、図18のフローチャートを参照して、X線撮影システム10によりX線撮影を行う場合の手順を説明する。
まず、患者Mを立位撮影台30の前の所定の位置に立たせ、立位撮影台30にセットされた電子カセッテ16の高さや水平位置を調節して、患者Mの撮影部位と位置を合わせる。また、電子カセッテ16の位置および撮影部位の大きさに応じて、X線源13の高さや水平位置、照射野の大きさを調整する。次いで電子カセッテ16の電源を投入し、キーボード17cで撮影条件を入力して、カセッテ制御部98を介して電子カセッテ16に撮影条件およびそれに応じた採光野、照射停止閾値等を出力する。同様に線源制御装置14にも撮影条件を設定する。
撮影準備が完了すると、オペレータ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(S10)。X線源13から照射されてX線は、患者Mを透過する際に散乱線を生じるが、この散乱線はグリッド18によって除去される。
X線の照射が開始される前、検出パネル35aではリセット動作が行われる。線源制御装置14から照射開始信号を受信したときにリセット動作から蓄積動作に移行される。
電子カセッテ16では、検出パネル35aの蓄積動作と並行して、AEC部67で検出画素65の線量検出信号に基づくAECが行われる。採光野選択回路75は、コンソール17から与えられた採光野の情報に基づき、A/D変換器62から入力される複数の検出画素65の線量検出信号のうち、採光野に存在する検出画素65からの線量検出信号を選択し、選択した線量検出信号を積分回路76に出力する(S11)。積分回路76では線量検出信号の出力値の平均値が積算される(S12)。
検出画素65のX2方向の配置周期S1及びY2方向の配置周期S2と、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGの関係は、「配置周期S1、S2≠N・(1/FSG)」(Nは整数)となっているため、各検出画素65の線量検出信号の出力値は、分散する。そのため、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置に位置ずれが生じても、検出画素65の出力値の平均値の変動幅は少ないため、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置に影響を受けない安定したAECを行うことができる。
閾値発生回路78は、カセッテ制御部98から与えられた照射停止閾値を発生し、これを比較回路77に出力する。比較回路77は、積分回路76で積算した線量検出信号の積算値と閾値発生回路78からの照射停止閾値とを比較(S13)し、積算値が閾値に達したとき(S14でYES)に照射停止信号を出力する。比較回路77から出力された照射停止信号は照射信号I/F80を介して線源制御装置14の照射信号I/F25に向けて送信される(S15)。
照射信号I/F25で照射停止信号を受けた場合、線源制御装置14では、制御部21により高電圧発生器20からX線源13への電力供給が停止され、これによりX線の照射が停止される(S16)。検出パネル35aは、X線の照射停止をAEC部67の照射停止検出回路で検出したときに蓄積動作を終了して読み出し動作に移行し、X線画像がメモリ42に出力される。読み出し動作後、検出パネル35aはリセット動作を再開する。
X線画像は、通信部40を介してコンソール17に送信されて各種画像処理が施され、入出力制御部96によりディスプレイ17bに表示される(S17)。
本発明によれば、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGとの関係で、検出画素65の配置周期S1、S2を決めることにより、検出画素65の出力値の変動幅を小さくしている。そのため、米国特許6944266号のように撮影毎にゲイン画像を取得して、取得したゲイン画像に基づいて各検出画素の出力値を補正する必要もない。また、米国特許6944266号の場合には、ゲイン画像を取得した後に、衝撃などにより、グリッド18と検出画素65の幾何学的配置がずれた場合には、適正な出力値の補正ができないのでAECを適切に行えないが、本発明は、幾何学的配置がずれても適切なAECを行うことができる。
また、上記実施形態では、1個の線量検出センサを、画素45と同じサイズの1個の検出画素65で構成しているため、500画素分のストライプ状の線量検出センサを設ける米国特許6952465号のように、X線画像に、人の目で視認できる程の濃度段差が生じることもなく、X線画像の画質低下の懸念も少ない。また、検出画素65のサイズも小さいため、欠陥補正もしやすい。
なお、このように検出画素65は欠陥画素として取り扱われて、周辺の画素45の画素値を使って補間する欠陥補正が行われる。欠陥補正においては、検出画素65のサイズが小さいほど補正精度も高いため、検出画素65のサイズが小さい方が画質の点では好ましい。一方で検出画素65のサイズが小さいほど、グリッド18のX線吸収部33の位置による影響を受けやすい。すなわち、1つの検出画素65に着目すると、グリッド18との幾何学的配置のずれにより出力値の変動幅が大きくなるというデメリットもある。しかしながら、本発明では、配置周期S1をグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGと異なるようにすることで、個々の検出画素65の出力値の変動幅が大きくても、複数の検出画素65の出力値を分散させることができる。しかも、すべての検出画素65の出力値が、最大出力値Dmaxや最小出力値Dminにはならない。そして、AECの際には、複数の検出画素65の出力値が平均されるため、各検出画素65のサイズが小さくなることによって個々の出力値の変動幅が大きくなっても、安定したAECを行うことができる。
さらに、検出画素65を一定周期で配置するので、周期的に配置されていない場合と比べて、欠陥補正処理のアルゴリズムも単純化しやすい。また、製造時における検出画素65の作成も容易である。そのため、製造コストが低下するというメリットもある。
また、検出画素65のX2方向及びY2方向の配置周期S1、S2を同じにしており、配置周期S1、S2とグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGの関係は、どちらも「配置周期S1、S2≠N・(1/FSG)」(Nは整数)となっているため、グリッド18の配列方向X1と撮像面36のX2方向が一致する姿勢で使用しても、配列方向X1と撮像面36のY2方向が一致する姿勢で使用しても、どちらの姿勢でも同じように安定したAECを行うことができる。
また、本実施形態の電子カセッテ16のように、平面形状が正方形である場合には、X2方向が水平方向と平行な縦姿勢になっているのか、Y2方向が水平方向と平行となる横姿勢になっているのかが一見して確認しづらい。このような正方形の電子カセッテ16及びグリッド18に、米国特許6952465号記載のストライプ状の線量検出センサを適用すると、線量検出センサのストライプの方向がグリッド18のストライプの方向と非平行になるように慎重に確認しなければならないので、使い勝手が悪くなる。特に、ホルダ30aに電子カセッテ16をセットした状態では姿勢の確認ができないため、電子カセッテ16をホルダ30aから取り外さなければならず、さらに使い勝手が悪い。その点、本実施形態のように、検出画素65のX2方向及びY2方向の配置周期S1、S2のどちらについても、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGと一致しないようにすることで、電子カセッテ16の姿勢とグリッド18の姿勢を慎重に確認する必要がなくなるため、利便性が高くなる。
なお、検出画素65の配置周期S1及びS2は、必ずしも同一でなくてもよい。配置周期S1と、配置周期S2のそれぞれが、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGと異なってさえいれば、検出画素65の平均値の変動幅は小さくなり、安定したAECを行えるからである。
ただし、配置周期S2と配置周期S1は同一の方が好ましい。というのも、安定したAECを行えるか否かは、配置周期S1、S2と、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGとの関係で決まるため、グリッド18の種類(グリッド密度)によっては、配置周期S1、S2とグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGが一致してしまい、安定したAECを行うことができないグリッド18もあり得る。そのため、電子カセッテ16でグリッド撮影を行う場合には、電子カセッテ16との組み合わせで安定したAECが行えるか否かを、グリッド18の種類毎に検討を行う必要がある。こうした検討作業は、配置周期S1、S2とグリッド18のグリッド密度に基づいて行う。配置周期S1、S2が一致していれば、配置周期S1、S2のどちらか1つについて検討すれば済むため、利便性が高い。また、配置周期S1、S2が異なると、同じグリッド18でも、電子カセッテ16の姿勢によって、安定したAECを行える場合と行えない場合が生じ得るため、配置周期S1、S2が同一の場合と比べて、使い勝手は悪い。
また、配置周期S1と配置周期S2が異なると、例えば、電子カセッテ16の縦横の姿勢によって、同じサイズの採光野Aa、Abの中に含まれる検出画素65の個数が違ってしまうことも考えられる。そうすると、検出画素65を使って積算値を算出するアルゴリズムなどを向きによって変更する必要も生じる。配置周期S1、S2が同一であれば、同じサイズの採光野であれば、その中に含まれる検出画素65の個数も同じになるため、アルゴリズムを共通化できる。このような理由から、配置周期S1、S2は同一であることが好ましい。
上記実施形態では、平面形状が正方形の電子カセッテ16及びグリッド18を例に説明したが、平面形状が長方形の電子カセッテ及びグリッドでもよい。平面形状が長方形の電子カセッテとしては、例えば、フイルムカセッテやIP(イメージングプレート)カセッテと同様の国際規格ISO4090:2001に準拠した大きさのものがある。
平面形状が長方形の電子カセッテの場合においても、配置周期S1、S2を同一にすることが好ましい。長方形の電子カセッテの場合、標準的な体型の患者の胸部を撮影する際には、電子カセッテの長手方向が患者の身長の方向に沿うように電子カセッテを配置し、標準よりも太った患者の胸部を撮影する際には、電子カセッテを90°回転させて長手方向が患者の身体の幅方向に沿うように電子カセッテを配置して使用することがある。このような長方形の電子カセッテに、米国特許6952465号のストライプ状の線量検出センサを用いると、標準体型の撮影では線量検出センサのストライプの方向とグリッドのストライプの方向とが直交していても、電子カセッテを90°回転させたときには、線量検出センサのストライプの方向とグリッドのストライプの方向とが一致してしまう。しかし、本実施形態のように、検出画素65のX2方向及びY2方向の配置周期S1、S2を、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGと一致しないようにしておけば、このような問題は発生しない。
「第2実施形態」
図19において、配置周期S1は、2つの検出画素65の間に6個の画素45の間隔が空けられているので、7個となる。また、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGは、画素45の4個分の長さを持つため、画素45の個数に換算した換算値は4個である。同様に、図20に示す例では、配置周期S1は6個で、変動周期1/FSGは4個である。
図19において、配置周期S1は、2つの検出画素65の間に6個の画素45の間隔が空けられているので、7個となる。また、グリッド検出信号SGの変動周期1/FSGは、画素45の4個分の長さを持つため、画素45の個数に換算した換算値は4個である。同様に、図20に示す例では、配置周期S1は6個で、変動周期1/FSGは4個である。
図19及び図20のいずれも、配置周期S1≠変動周期1/FSGの関係になっているので、本発明に含まれる実施形態であるが、図19及び図20を比較した場合には、図19に示す例が好ましい。理由は次のとおりである。図19の例は、検出画素65の配置周期S1が7個で、変動周期1/FSGが4個であり、両者が互いに素の関係になっている。これに対して、図20の例では、検出画素65が6個で、変動周期1/FSGは4個であり、互いに素の関係になっていない。
X線吸収部33と複数の検出画素65の重なり方は、例えばある検出画素65はX線吸収部33との重なり量が大きく、別の検出画素65は重なり量が少ないというように、各検出画素65の位置によって変化する。しかし、X線吸収部33も検出画素65も周期的に配置されているため、重なり方の状態が一巡して再び同一になる重なり方の周期Cを有している。重なり方の周期Cは、配置周期S1の画素周期と変動周期1/FSGの画素周期の最小公倍数となる。重なり方の周期Cが長い方ほど、周期Cの中に含まれる検出画素65の数は多くなる。周期Cの中に含まれる検出画素65の数が多いほど、各検出画素65の出力値が分散するため、各検出画素65の出力値の平均値は平準化されて、安定したAECを行うことができる。
図20の例の場合は、重なり方の周期Cは、配置周期S1(6個)と変動周期1/FSG(4個)の最小公倍数(12)となる。図20の例では、配置周期S1(6個)と変動周期1/FSG(4個)が互いに素でないため、重なり方の周期Cは、配置周期S1(6個)と変動周期1/FSG(4個)の積(4×6=24)よりも小さい。図20の例の場合は、周期Cに含まれる検出画素65の数は、最小公倍数(12)を配置周期S1の画素周期(6個)で除算した2個となる。
対して、図19の例の場合には、配置周期S1(7個)と変動周期1/FSG(4個)とが互いに素であるため、最小公倍数は7×4=28となり、重なり方の周期Cは28個となる。そのため、重なり方の周期Cは、配置周期S1(7個)と変動周期1/FSG(4個)との積(7×4=28個)と同じになる。図19の例では、周期Cに含まれる検出画素65の数は、最小公倍数(28)を配置周期S1(7個)で除算した4個となる。
図19と図20の例を比較すると、互いに素である図19の周期C(28個)の方が、互いに素でない図20の周期C(12個)よりも長くなるため、図20の例の周期Cに含まれる検出画素65の数(2個)と比べて、図19の例の周期Cに含まれる検出画素65の数(4個)が多くなる。重なり方の周期Cは繰り返されるため、周期Cに含まれる検出画素65の数が多いほど、検出画素65の出力値は分散する。そのため、検出画素65の出力値の平均値の変動幅を抑えやすい。したがって、図19の例のように、配置周期S1と変動周期1/FSGは、互いに素であることが好ましい。
以下では、検出パネル35aの別の実施形態について説明するが、各実施形態において第1及び第2実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。
「第3実施形態」
図21~図23に示す第3実施形態は、検出画素65の線量検出信号の平均値を計算する一群の検出画素65の配置を1つのセット200として、このセット200を同じ行や他の行に周期配置して、撮像面36の全域にセット200が分散配置される。セット200はAEC部67で検出画素65の線量検出信号の平均値を計算する一群の検出画素65の最小単位である。なお、セット200を、撮像面36の全域に配置しなくてもよく、例えば、左右の肺野等、予め設定される採光野にあたる領域に集中的にセット200を配置してもよい。
図21~図23に示す第3実施形態は、検出画素65の線量検出信号の平均値を計算する一群の検出画素65の配置を1つのセット200として、このセット200を同じ行や他の行に周期配置して、撮像面36の全域にセット200が分散配置される。セット200はAEC部67で検出画素65の線量検出信号の平均値を計算する一群の検出画素65の最小単位である。なお、セット200を、撮像面36の全域に配置しなくてもよく、例えば、左右の肺野等、予め設定される採光野にあたる領域に集中的にセット200を配置してもよい。
図21Aに示すセット200aは、複数の検出画素65(本例では4個)を、X2方向の1行内に、配置周期S1=5個で配置した例であり、各セット200aは、例えば等間隔で規則的に配列されている。セット200aはAEC部67で線量検出信号の平均値を計算する一群の検出画素65の最小単位である。このため、図21Bに示すように、2つのセット200aで形成される8個の検出画素65をもつブロック201aや、図21Cに示すように、3つのセット200aで構成される12個の検出画素65をもつブロック201bを、平均値を計算する最小単位としてもよい。また、各セット200aや、各ブロック201a、201bの間隔は不規則でもよい。
また、図22に示すように、検出画素65の配列方向がY2方向のセット200bでもよい。セット200bにおいて、画素ピッチΔ、検出画素65の配置周期S2は、それぞれY2方向に関する長さである。また、撮像面36内において、検出画素65の配列方向がX2方向に沿う図21に示すセット60aと、Y2方向に沿うセット60bを混在させてもよい。グリッド18の取り付け姿勢によってセット200a、200bを使い分ければ、どちらの取り付け姿勢でも、安定したAECを行うことができる。
図21に示すセット200aや図22に示すセット200bは、1行または1列内に配置された複数の検出画素65で構成されるセットであるが、図23に示すセット200cのように、X2方向やY2方向にずらして配置した複数の検出画素65で構成してもよい。
図23に示すセット200c内において、複数の検出画素65は、それぞれ配置される行は異なるが、X2方向に関しては、4列分の間隔を空けて、配置周期S1=5個で配置されている。各検出画素65の配置される行が異なっても、X2方向の配置周期S1とグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGが異なっていれば、各検出画素65の出力値は分散するので、平均値の変動幅は抑えられる。このように、各検出画素65が異なる行に配置されている場合でも、各検出画素65の配置周期S1は、1行内に複数の検出画素65が設けられる場合と同様に、X2方向(行方向)の長さが配置周期S1となる。
X2方向に関して、セット200c内の検出画素65の画素ピッチΔX、配置周期S1は、図21に示すセット200a内の検出画素41bの画素ピッチΔ、配置周期S1と同じである。そのため、セット200c内の一群の検出画素65の出力値の平均値は、セット200a内の一群の検出画素65の出力値の平均値とほぼ同じになるので、セット200aの代わりにセット200cを設けてもよい。
また、セット200c内の複数の検出画素65は、Y2方向に関しても、配置される列は異なるが、配置周期S2=5個で配置されている。各検出画素65の配置される列が異なっても、Y2方向の配置周期S2とグリッド検出信号SGの変動周期1/FSGが異なっていれば、各検出画素65の出力値は分散するので、平均値の変動幅は抑えられる。Y2方向に関して、セット200c内の検出画素65の画素ピッチΔY、周期ZYは、図22に示すセット200b内の検出画素65の画素ピッチΔ、配置周期S1と同じである。そのため、セット200bの代わりにセット200cを設けてもよい。このように、各検出画素65が異なる列に配置されている場合でも、各検出画素65の配置周期S2は、1列内に複数の検出画素65が設けられる場合と同様に、Y2方向(列方向)の長さが配置周期S2となる。
また、セット200cは、図21に示すセット200aおよび図22に示すセット200bのどちらにも利用できるため、セット200cを設ければ、セット200aとセット200bを混在させた場合と同様に、グリッド18の取り付け姿勢に関わらず、安定したAECを行うことができる。さらに、セット200a、200bを混在させる場合には、グリッド18の取り付け姿勢によって各セット200a、200bの使い分けが必要になるが、セット200cの場合はグリッド18の取り付け姿勢による使い分けの必要もない。また、セット200cの場合は、セット60a、60bを混在させる場合と比べて、検出画素65の個数を半分に減らすことができる。
また、本例の検出画素65のように、TFTと信号線52が短絡されている場合には、検出画素65の電荷が常時信号線52に流れる。そのため、各検出画素65が配置される行が異なっても、検出画素65の電荷が信号処理回路54内の積分アンプ60に流入するタイミングはほぼ同じである。したがって、セット200c内の各検出画素65の線量検出信号を同じタイミングで読み出すことができるというメリットもある。
なお、本例のセット200cでは、各検出画素65のX2方向およびY2方向に関するずらし量を同じ(5画素分)にしているが、X2方向とY2方向でずらし量を変えてもよい。
「第4実施形態」
上記各実施形態では、1個の線量検出センサが1個の検出画素で構成される例で説明したが、1個の線量検出センサを、図24に示すように、隣接する複数の検出画素65からなる検出画素群66で構成してもよい。線量検出センサを検出画素群66で構成する場合には、配置周期S1は間隔を空けて周期的に配置される複数の検出画素群66の配置周期である。
上記各実施形態では、1個の線量検出センサが1個の検出画素で構成される例で説明したが、1個の線量検出センサを、図24に示すように、隣接する複数の検出画素65からなる検出画素群66で構成してもよい。線量検出センサを検出画素群66で構成する場合には、配置周期S1は間隔を空けて周期的に配置される複数の検出画素群66の配置周期である。
図24は、図8などと同様に、グリッド18及び検出パネル35aの撮像面36を側方(Y1、Y2方向)から見た状態を表している。撮像面36aは、個々の検出画素65を線量検出センサとして用いた場合であり、撮像面36bは、隣接する2つの検出画素65からなる検出画素群66を線量検出センサとして用いた場合を表している。検出画素65及びX線吸収部33は、ハッチングを施して区別している。
例えば、グリッド18のX線透過部32及びX線吸収部33のX1方向の幅がそれぞれ50μm及び200μmであり、検出画素65の同方向の幅が150μmであるとき、撮像面36aの検出画素65の面積に対するX線透過部32の割合は、2/3~1の範囲となり、撮像面36bの検出画素群66の面積に対するX線透過部32の割合は、4/6~5/6の範囲となる。これらの面積比から同じ線量のX線を検出したときの検出画素65及び検出画素群66のそれぞれの最大出力値と最小出力値との最大出力差は、撮像面36aの検出画素65では1÷2/3=1.5となり、撮像面36bの検出画素群66では5/6÷4/6=1.25となる。
以上のように、検出画素群66を線量検出センサとして用いた場合には、1個の検出画素65を1個の線量検出センサとして用いた場合に比べて線量検出信号の最大出力差が小さくなる。最大出力差が小さいほど、出力値の変動幅は小さい。したがって、グリッド18と検出パネル35aとの幾何学的配置がずれた場合でも、個々の検出画素群66の出力値の変動幅は、1個の検出画素65よりも小さくなるため、出力値が安定し、幾何学的配置のずれによる影響を受けない安定したAECが可能になる。また、検出画素群66は、1個の検出画素65よりも面積が大きい分だけ線量検出信号の信号量が増え、SN比がよくなる。なお、1個の線量検出センサを1個の検出画素群66で構成する場合には、欠陥補正をした時に人が視認できない程度の数の画素によって構成することが好ましく、具体的には例えば10画素程度である。この程度の大きさならば、米国特許6952465号の500画素分のストライプ状の線量検出センサと比較すれば、はるかに小さいため、X線画像の画質が低下することはない。
なお、図24の例では、X2方向に隣接する複数の検出画素65で検出画素群66を構成したが、同様に、Y2方向に隣接する複数の検出画素65で検出画素群66を構成してもよいし、X2方向及びY2方向の両方に隣接する複数の検出画素65で検出画素群66を構成してもよい。また、1個の線量検出センサを1個の検出画素群66で構成する場合の配置周期S1、S2は、図24に示すように、2個の検出画素群66の間隔である。図24の場合には、4個となる。
上各記実施形態では、画像検出用の画素45と線量検出センサとして働く検出画素65が各々独立し、かつ検出画素65からの読み出しが破壊読出しであるため、検出画素65の部分はいわゆる点欠陥となる。しかしながら1画素の大きさが充分に小さいことから、検出画素65がある列の画素値を隣り合う検出画素65がない列の画素値で補間する欠陥補正を行なえば、人の目には欠陥として視認しづらいことが実験の結果わかっており、実質的な問題はない。しかしながら、点欠陥はないにこしたことはないので、検出パネルを図25に示す検出パネル100のような構成とすることで、欠陥補正を不要にしてもよい。
「第5実施形態」
図25において、検出パネル100は、画像検出専用の第1画素101と画像検出兼AEC用の第2画素102とを備えている。第1、第2画素101、102は、上記実施形態の画素45と検出画素65と同様に、適当な割合でマトリクス状に配列されており、第2画素102の配置周期は、グリッド18のX線吸収部33の配置周期と異なっている。第1、第2画素101、102は、それぞれ二つのフォトダイオード103、104を有する。第1画素101のフォトダイオード103、104は並列に接続され、一端がTFT47を介して信号線52に接続されている。一方、第2画素102のフォトダイオード103は第1画素101と同様に一端がTFT47を介して信号線52に接続されているが、フォトダイオード104はTFT47を介さずに信号線52に直接接続されている。つまり第2画素102のフォトダイオード104は上記実施形態の検出画素65と同じ構成である。
図25において、検出パネル100は、画像検出専用の第1画素101と画像検出兼AEC用の第2画素102とを備えている。第1、第2画素101、102は、上記実施形態の画素45と検出画素65と同様に、適当な割合でマトリクス状に配列されており、第2画素102の配置周期は、グリッド18のX線吸収部33の配置周期と異なっている。第1、第2画素101、102は、それぞれ二つのフォトダイオード103、104を有する。第1画素101のフォトダイオード103、104は並列に接続され、一端がTFT47を介して信号線52に接続されている。一方、第2画素102のフォトダイオード103は第1画素101と同様に一端がTFT47を介して信号線52に接続されているが、フォトダイオード104はTFT47を介さずに信号線52に直接接続されている。つまり第2画素102のフォトダイオード104は上記実施形態の検出画素65と同じ構成である。
第1画素101からは二つのフォトダイオード103、104で蓄積された電荷が読み出される。一方、第2画素102からはフォトダイオード103で蓄積された電荷のみが読み出される。第2画素102はフォトダイオード104がAECに用いられてX線画像の生成に寄与しない分、フォトダイオード103、104の開口面積が同じ場合は同じ入射線量では第1画素101よりも蓄積電荷量が略半分になるが、検出画素65の場所からは画素値が得られず、欠陥補正を行うしかない上記実施形態と比べれば、X線画像の画質劣化が抑えられる。フォトダイオード103、104の開口面積等に基づいて、第2画素102の画素値に乗算すると第1画素101の画素値相当になる係数等を予め求めておき、第2画素102の出力に該係数を乗算して補正すれば、欠陥補正を行わずにX線画像を生成することができ、画素の一部をAEC用としたことによるX線画像の画質への悪影響を略完全に排除することができる。
「第6実施形態」
上記第1実施形態では、線量検出センサとしてTFT47を介さず信号線52に短絡して接続された検出画素65を用いているが、例えば図26に示す検出画素110のように、通常の画素45とは別のゲートドライバ111および走査線112で駆動するTFT113を接続し、通常の画素45とは独立して蓄積電荷を読み出すことが可能な構成としてもよい。
上記第1実施形態では、線量検出センサとしてTFT47を介さず信号線52に短絡して接続された検出画素65を用いているが、例えば図26に示す検出画素110のように、通常の画素45とは別のゲートドライバ111および走査線112で駆動するTFT113を接続し、通常の画素45とは独立して蓄積電荷を読み出すことが可能な構成としてもよい。
「第7実施形態」
また、各画素45にバイアス電圧Vbを供給するバイアス線48に画素45で発生する電荷に基づく電流が流れることを利用して、ある特定の画素45に繋がるバイアス線48の電流をモニタリングして線量を検出してもよく、全てのTFT47をオフ状態にしたときに画素45から漏れるリーク電荷に基づき線量を検出してもよい。さらに画素45とは構成が異なる独立したAEC用の線量検出センサを撮像面36と同一平面に設けてもよい。同一平面とは、TFT47が設けられているTFTアクティブマトリクス基板の上に、AEC用の別の層として積層する場合や、シンチレータに対してTFT47とは反対側に設ける場合等を含み、X線入射方向に垂直なTFTアクティブマトリクス基板と平行な面であればどこであってもよい。ただし、独立したAEC用の線量検出センサの場合は、視認できない程度のサイズとすることが好ましく、その大きさは具体的には10画素程度である。
また、各画素45にバイアス電圧Vbを供給するバイアス線48に画素45で発生する電荷に基づく電流が流れることを利用して、ある特定の画素45に繋がるバイアス線48の電流をモニタリングして線量を検出してもよく、全てのTFT47をオフ状態にしたときに画素45から漏れるリーク電荷に基づき線量を検出してもよい。さらに画素45とは構成が異なる独立したAEC用の線量検出センサを撮像面36と同一平面に設けてもよい。同一平面とは、TFT47が設けられているTFTアクティブマトリクス基板の上に、AEC用の別の層として積層する場合や、シンチレータに対してTFT47とは反対側に設ける場合等を含み、X線入射方向に垂直なTFTアクティブマトリクス基板と平行な面であればどこであってもよい。ただし、独立したAEC用の線量検出センサの場合は、視認できない程度のサイズとすることが好ましく、その大きさは具体的には10画素程度である。
上記各実施形態では、AECにおいて、複数の線量検出センサの出力値の平均値を算出し、平均値の積算値と照射停止閾値を比較する例で説明したが、複数の線量検出センサの出力値の平均値の代わりに、中間値や合計値を算出し、中間値や合計値の積算値と照射停止閾値を比較してもよい。本発明によれば、複数の線量検出センサの出力値は分散するため、中間値や合計値を用いても、平均値の場合と同様の効果が得られる。
上記各実施形態では、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、X線画像検出装置が撮影台に内蔵された据え置きタイプのX線画像検出装置に適用してもよい。また、コンソール17と電子カセッテ16が別体である例で説明したが、コンソール17は独立した装置である必要はなく、電子カセッテ16にコンソール17の機能を搭載してもよい。同様に、線源制御装置14とコンソール17を一体化した装置としてもよい。
上記各実施形態では、検出画素65の位置は、画像検出部35の製造時に既知であり、画像検出部35は全検出画素65の位置(座標)を内部メモリ(図示せず)に予め記憶している場合について記載したが、これに限らない。具体的には、全ての画素45が非破壊読み出しできるようになっており、その全ての画素45の中から検出画素として使用する画素を随時選択して出力値を読み出せるようにしてもよい。例えば、撮影メニューで撮影部位を選択した場合に、適宜必要な場所の画素45が検出画素として選択されるように構成し、その際に、検出画素あるいは検出画素群の配置周期S1,S2と、グリッド検出信号SGの変動周期FSGとが一致しないように、画素45の中から検出画素が選択されるようにしてもよい。
本発明は、上述した各実施形態に限らず、上記各実施形態同士を組み合わせるなど、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。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。
Claims (15)
- 放射線を吸収する放射線吸収部と放射線を透過する放射線透過部とが第1の方向に交互周期的に配された散乱線除去用グリッドを用いて撮影が可能な放射線画像検出装置において、
放射線源から照射された放射線を受ける画素が複数設けられた撮像面を有し、前記画素が被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する検出パネルと、
前記放射線画像の露出制御を行うために設けられ、前記撮像面内に間隔を空けて前記第1の方向に周期的に配置され、被写体を透過した放射線の線量を検出して前記線量に応じた信号を出力する複数の線量検出センサとを備えており、
前記撮像面に一様に前記放射線を照射して前記散乱線除去用グリッドを前記検出パネルで撮影した場合に得られる前記散乱線除去用グリッドの像を表すグリッド検出信号であり、前記放射線吸収部と前記放射線透過部の前記第1の方向の配列状態を反映して、出力値が周期的に変動するグリッド検出信号の変動周期と、前記撮像面における前記複数の線量検出センサの前記第1の方向の配置周期とが異なっていることを特徴とする放射線画像検出装置。 - 前記線量検出センサの配置周期は、前記グリッド検出信号の変動周期の整数倍ではないことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記線量検出センサの配置周期と、前記グリッド検出信号の変動周期とは、互いに素であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記線量検出センサは、前記第1の方向に直交する第2の方向の配置周期も前記グリッド検出信号の変動周期と異なっていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記線量検出センサは、前記第2の方向の配置周期が、前記第1の方向の配置周期と同じであることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の放射線画像検出装置。
- 1個の前記線量検出センサの最小サイズは、前記撮像面内の前記画素のサイズと同じであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記画素の画素ピッチは、前記散乱線除去用グリッドの1組の前記放射線吸収部と前記放射線透過部の幅であるグリッドピッチの1/2よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記線量検出センサは、前記画素の一部を利用した検出画素であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記線量検出センサは、前記画素の一部を利用した検出画素であり、
複数の前記検出画素が、前記第1の方向に相当する行方向及び前記第2の方向に相当する列方向のそれぞれに1行及び1列以上ずらして配置されている場合には、
前記第1の方向の配置周期は、前記行方向の長さであり、前記第2の方向の配置周期は、前記列方向の長さであることを特徴とする請求の範囲第4項に記載の放射線画像検出装置。 - 1個の前記線量検出センサは、隣接した複数の前記検出画素からなる検出画素群であることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記配置周期は、間隔を空けて周期的に配置される複数の前記検出画素群の配置周期であることを特徴とする請求の範囲第10項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記線量検出センサは、単位時間当たりの線量に応じた信号を出力し、
前記線量検出センサの出力値を積算して、積算された積算値と予め設定した照射停止閾値とを比較し、前記積算値が前記照射停止閾値に達した際に前記放射線源による放射線の照射を停止させる自動露出制御部を備えていることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。 - 前記自動露出制御部は、複数の前記線量検出センサの出力値を平均した平均値を算出し、算出した平均値を積算して前記積算値を求めることを特徴とする請求の範囲第12項に記載の放射線画像検出装置。
- 前記散乱線除去用グリッドを着脱自在に取り付け可能であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の放射線画像検出装置。
- 放射線を照射する放射線源を備えた放射線発生装置と、放射線画像を検出する放射線画像検出装置とで構成される放射線撮影システムであり、放射線を吸収する放射線吸収部と放射線を透過する放射線透過部とが第1の方向に交互に周期的に配された散乱線除去用グリッドを用いて撮影が可能な放射線撮影システムにおいて、
前記放射線画像検出装置は、
前記放射線源から照射された放射線を受ける画素が複数設けられた撮像面を有し、前記画素で被写体を透過した放射線を受けて被写体の放射線画像を検出する検出パネルと、
前記放射線画像の露出制御を行うために設けられ、前記撮像面内に間隔を空けて前記第1の方向に周期的に配置され、被写体を透過した放射線の線量を検出して前記線量に応じた信号を出力する複数の線量検出センサとを備えており、
前記撮像面に一様に前記放射線を照射して前記散乱線除去用グリッドを前記検出パネルで撮影した場合に得られる前記散乱線除去用グリッドの像を表すグリッド検出信号であり、前記放射線吸収部と前記放射線透過部が交互に配列される配列状態を反映して、出力値が周期的に変動するグリッド検出信号の変動周期と、前記撮像面における前記複数の線量検出センサの前記第1の方向の配置周期とが異なっている、
ことを特徴とする放射線撮影システム。
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Legal Events
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---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13778511 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13778511 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |