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JP5485308B2 - 放射線画像撮影装置、放射線画像撮影方法およびプログラム - Google Patents

放射線画像撮影装置、放射線画像撮影方法およびプログラム Download PDF

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JP5485308B2 JP2012015944A JP2012015944A JP5485308B2 JP 5485308 B2 JP5485308 B2 JP 5485308B2 JP 2012015944 A JP2012015944 A JP 2012015944A JP 2012015944 A JP2012015944 A JP 2012015944A JP 5485308 B2 JP5485308 B2 JP 5485308B2
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Description

本発明は、放射線画像撮影装置、放射線画像撮影方法およびプログラムに係り、特に、被写体を透過した放射線により示される放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置、放射線画像撮影方法およびプログラムに関する。
近年、TFT(Thin Film Transistor)アクティブマトリクス基板上に放射線感応層を配置し、放射線を直接デジタルデータに変換できるFPD(Flat Panel Detector)等の放射線検出器が実用化されており、この放射線検出器を用いて、照射された放射線により表わされる放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置が実用化されている。なお、この放射線画像撮影装置に用いられる放射線検出器には、放射線を変換する方式として、放射線をシンチレータで光に変換した後にフォトダイオード等の半導体層で電荷に変換する間接変換方式や、放射線をアモルファスセレン等の半導体層で電荷に変換する直接変換方式等があり、各方式でも半導体層に使用可能な材料が種々存在する。
ところで、この種の放射線画像撮影装置では、当該放射線画像撮影装置自身によって放射線の照射開始や照射停止、照射量等を検出することができれば、放射線画像撮影装置および放射線源等を統括的に制御する撮影制御装置(所謂コンソール)と放射線源との接続を行う必要がなくなるため、システム構成を簡略化したり、撮影制御装置による制御を簡略化したりするうえで好ましい。
この種の放射線の照射状態を検出することのできる放射線画像撮影装置に関する技術として、特許文献1には、ヒストグラムを利用した放射線の照射検出手法として、検出部上で隣接する放射線検出素子のデータ同士の差分データをフレーム毎に1つのヒストグラムに投票して得られた差分データの度数の分布に基づいて、放射線の照射開始を判断する技術が開示されている。
特開2011−177356号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されている技術では、隣接する放射線検出素子のデータ同士の差分データを用いて放射線を検出しているので、放射線の照射量が少なくなるほど当該差分データの値が小さくなる。このため、この技術では、放射線の照射量が少なくなるほど放射線の検出精度が低くなる、という問題点があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができる放射線画像撮影装置、放射線画像撮影方法およびプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の放射線画像撮影装置は、放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器と、前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する判定手段と、を備えている。
請求項1記載の放射線画像撮影装置によれば、放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器により、前記第1センサによって得られた値に基づいて放射線画像の撮影が行われる一方、前記第2センサによって得られた値に基づいて放射線が検出される。
ここで、本発明では、判定手段により、前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比に基づいて放射線を検出したか否かが判定される。
すなわち、本発明では、放射線画像撮影用の第1センサによって得られた第1の値と放射線検出用の第2センサによって得られた第2の値との比を、放射線を検出したか否かの判定に用いることにより、隣接する放射線検出素子(画素)のデータ同士の差分データを用いて放射線を検出する従来の技術に比較して、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができるようにしている。
このように、請求項1に記載の放射線画像撮影装置によれば、放射線画像撮影用の第1センサによって得られた第1の値と放射線検出用の第2センサによって得られた第2の値との比に基づいて放射線を検出したか否かを判定しているので、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができる。
なお、本発明は、請求項2に記載の発明のように、前記第1センサが、各々照射された放射線を電荷に変換する変換部および当該変換部によって得られた電荷を読み出す際にオン状態とされるスイッチング素子を有する複数の放射線画像撮影用画素であり、前記第2センサが、各々前記変換部を有し、当該変換部によって得られた電荷を直接読み出すことのできる複数の放射線検出用画素であり、前記放射線検出器が、前記放射線画像撮影用画素および前記放射線検出用画素が、各々行列状で、かつ前記放射線画像撮影用画素のみを有する列および前記放射線検出用画素を有する列が含まれるように配列され、各々同一の列に配列された画素に共通に接続された複数の信号配線を有し、前記判定手段が、前記スイッチング素子の全てをオフ状態として、前記放射線画像撮影用画素のみを有する列に対応して設けられた前記信号配線である第1の信号配線から読み出された電荷により示される値を前記第1の値とし、前記放射線検出用画素を有する列に対応して設けられた前記信号配線である第2の信号配線から読み出された電荷により示される値を前記第2の値として、前記第1の値に対する前記第2の値の割合が予め定められた閾値以上であるとの条件が成立した場合に放射線を検出したと判定し、他の場合に放射線を検出してないと判定してもよい。これにより、第1の値と第2の値との差異を明確化することができる結果、より確実に放射線を検出することができる。
また、本発明は、請求項3に記載の発明のように、前記第1の値および前記第2の値に対して、対応する前記変換部において生じる暗電流による電荷、および対応する前記スイッチング素子の切り替え時に生じる切替ノイズの少なくとも一方を低減するオフセット補正を行うオフセット補正手段をさらに備え、前記判定手段が、前記オフセット補正手段によりオフセット補正が行われた前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行ってもよい。これにより、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本発明は、請求項4に記載の発明のように、前記第1の値および前記第2の値に対して、対応する前記放射線画像撮影用画素および前記放射線検出用画素の配列位置に応じて固定的に生じる固定ノイズを低減する固定ノイズ低減補正を行う固定ノイズ補正手段をさらに備え、前記判定手段が、前記固定ノイズ補正手段により固定ノイズ低減補正が行われた前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行ってもよい。これにより、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本発明は、請求項5に記載の発明のように、前記判定手段が、前記第1の信号配線から予め定められた回数だけ連続的に読み出された電荷により示される値を積算した値を前記第1の値とし、前記第2の信号配線から前記回数だけ連続的に読み出された電荷により示される値を積算した値を前記第2の値として前記判定を行ってもよい。これにより、当該積算を行わない場合に比較して、より高精度で放射線を検出することができる。
特に、請求項5に記載の発明は、請求項6に記載の発明のように、前記積算の対象とする値が、予め定められた範囲内の値としてもよい。これにより、想定外のノイズ等の影響を抑制することができる結果、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本発明は、請求項7に記載の発明のように、前記判定手段が、前記判定を各々異なる組み合わせの前記第1の値および前記第2の値を用いて複数回行い、前記条件が成立した組み合わせ数が予め定められた第2閾値以上である場合に放射線を検出したと判定し、他の場合に放射線を検出してないと判定してもよい。これにより、1種類の組み合わせのみにより判定を行う場合に比較して、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本発明は、請求項8に記載の発明のように、前記判定手段が、隣接する前記第1の信号配線および前記第2の信号配線から読み出された電荷により示される前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行ってもよい。これにより、温度、荷重、外来ノイズ等の各種条件が略一致する値同士を用いて判定を行うことができる結果、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本発明は、請求項9に記載の発明のように、前記判定手段によって前記放射線検出用画素が放射線を検出したと判定された場合に、前記放射線検出器を用いて放射線画像を撮影する動作に移行させる制御を行う制御手段をさらに備えてもよい。これにより、より高精度で放射線を検出することができる結果、放射線の誤検出に起因する不要な放射線画像の撮影を回避することができる。
さらに、本発明は、請求項10に記載の発明のように、前記放射線検出用画素が、前記変換部と、スイッチング端子間が短絡された前記スイッチング素子とを有して構成されていてもよい。これにより、放射線検出器を容易に構成することができる。
一方、上記目的を達成するために、請求項11に記載の放射線画像撮影方法は、放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器の、前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比を算出する算出工程と、前記算出工程によって算出された比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する判定工程と、を有している。
従って、請求項11に記載の放射線画像撮影方法によれば、請求項1に記載の発明と同様に作用するので、当該発明と同様に、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができる。
さらに、上記目的を達成するために、請求項12に記載のプログラムは、コンピュータを、放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器の、前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する判定手段と、として機能させるためのものである。
従って、請求項12に記載のプログラムによれば、請求項1に記載の発明と同様に作用するので、当該発明と同様に、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができる。
本発明によれば、放射線画像撮影用の第1センサによって得られた第1の値と放射線検出用の第2センサによって得られた第2の値との比に基づいて放射線を検出したか否かを判定しているので、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができる、という効果が得られる。
実施の形態に係る放射線情報システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る放射線画像撮影システムの放射線撮影室における各装置の配置状態の一例を示す側面図である。 実施の形態に係る放射線検出器の3画素部分の概略構成を示す断面模式図である。 実施の形態に係る放射線検出器の1画素部分の信号出力部の構成を概略的に示した断面側面図である。 実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。 実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す平面図である。 実施の形態に係る電子カセッテの構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る電子カセッテの構成を示す断面側面図である。 実施の形態に係る放射線画像撮影システムの電気系の要部構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る放射線判定機能の説明に供する経過時間対検出値の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る放射線判定機能の説明に供する経過時間対検出値の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る放射線判定機能の説明に供する経過時間対検出値の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る放射線判定機能の説明に供する検出値対度数の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る放射線判定機能の説明に供する検出値対度数の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る放射線判定機能の説明に供する検出値対度数の関係の一例を示すグラフである。 実施の形態に係る放射線画像撮影処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る初期情報入力画面の一例を示す概略図である。 実施の形態に係るカセッテ撮影処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る補正情報取得処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る放射線判定処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 放射線画像の表面読取方式と裏面読取方式を説明するための断面側面図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、ここでは、本発明を、病院における放射線科部門で取り扱われる情報を統括的に管理するシステムである放射線情報システムに適用した場合の形態例について説明する。
まず、図1を参照して、本実施の形態に係る放射線情報システム(以下、「RIS」(Radiology Information System)という。)100の構成について説明する。
RIS100は、放射線科部門内における、診療予約、診断記録等の情報管理を行うためのシステムであり、病院情報システム(以下、「HIS」(Hospital Information System)という。)の一部を構成する。
RIS100は、複数台の撮影依頼端末装置(以下、「端末装置」という。)140、RISサーバ150、および病院内の放射線撮影室(あるいは手術室)の個々に設置された放射線画像撮影システム(以下、「撮影システム」という。)104を有しており、これらが有線や無線のLAN(Local Area Network)等から成る病院内ネットワーク102に各々接続されて構成されている。なお、RIS100は、同じ病院内に設けられたHISの一部を構成しており、病院内ネットワーク102には、HIS全体を管理するHISサーバ(図示省略。)も接続されている。
端末装置140は、医師や放射線技師が、診断情報や施設予約の入力、閲覧等を行うためのものであり、放射線画像の撮影依頼や撮影予約もこの端末装置140を介して行われる。各端末装置140は、表示装置を有するパーソナル・コンピュータを含んで構成され、RISサーバ150と病院内ネットワーク102を介して相互通信が可能とされている。
一方、RISサーバ150は、各端末装置140からの撮影依頼を受け付け、撮影システム104における放射線画像の撮影スケジュールを管理するものであり、データベース150Aを含んで構成されている。
データベース150Aは、患者(被検者)の属性情報(氏名、性別、生年月日、年齢、血液型、体重、患者ID(Identification)等)、病歴、受診歴、過去に撮影した放射線画像等の患者に関する情報、撮影システム104で用いられる、後述する電子カセッテ40の識別番号(ID情報)、型式、サイズ、感度、使用開始年月日、使用回数等の電子カセッテ40に関する情報、および電子カセッテ40を用いて放射線画像を撮影する環境、すなわち、電子カセッテ40を使用する環境(一例として、放射線撮影室や手術室等)を示す環境情報を含んで構成されている。
撮影システム104は、RISサーバ150からの指示に応じて医師や放射線技師の操作により放射線画像の撮影を行う。撮影システム104は、放射線源121(図9も参照。)から曝射条件に従った線量とされた放射線X(図7も参照。)を被検者に照射する放射線発生装置120を備えている。また、撮影システム104は、被検者の撮影対象部位を透過した放射線Xを吸収して電荷を発生し、発生した電荷量に基づいて放射線画像を示す画像情報を生成する放射線検出器20(図7も参照。)を内蔵する電子カセッテ40と、電子カセッテ40に内蔵されているバッテリを充電するクレードル130と、電子カセッテ40および放射線発生装置120を制御するコンソール110と、を備えている。
コンソール110は、RISサーバ150からデータベース150Aに含まれる各種情報を取得して後述するHDD116(図9参照。)に記憶し、必要に応じて当該情報を用いて、電子カセッテ40および放射線発生装置120の制御を行う。
図2には、本実施の形態に係る撮影システム104の放射線撮影室180における各装置の配置状態の一例が示されている。
同図に示すように、放射線撮影室180には、立位での放射線撮影を行う際に用いられる立位台160と、臥位での放射線撮影を行う際に用いられる臥位台164とが設置されており、立位台160の前方空間は立位での放射線撮影を行う際の被検者の撮影位置170とされ、臥位台164の上方空間は臥位での放射線撮影を行う際の被検者の撮影位置172とされている。
立位台160には電子カセッテ40を保持する保持部162が設けられており、立位での放射線画像の撮影を行う際には、電子カセッテ40が保持部162に保持される。同様に、臥位台164には電子カセッテ40を保持する保持部166が設けられており、臥位での放射線画像の撮影を行う際には、電子カセッテ40が保持部166に保持される。
また、放射線撮影室180には、単一の放射線源121からの放射線によって立位での放射線撮影も臥位での放射線撮影も可能とするために、放射線源121を水平な軸回り(図2の矢印a方向)に回動可能で、鉛直方向(図2の矢印b方向)に移動可能で、さらに水平方向(図2の矢印c方向)に移動可能に支持する支持移動機構124が設けられている。ここで、支持移動機構124は、放射線源121を水平な軸回りに回動させる駆動源と、放射線源121を鉛直方向に移動させる駆動源と、放射線源121を水平方向に移動させる駆動源を各々備えている(何れも図示省略。)。
一方、クレードル130には、電子カセッテ40を収納可能な収容部130Aが形成されている。
電子カセッテ40は、未使用時にはクレードル130の収容部130Aに収納された状態で内蔵されているバッテリに充電が行われ、放射線画像の撮影時には放射線技師等によってクレードル130から取り出され、撮影姿勢が立位であれば立位台160の保持部162に保持され、撮影姿勢が臥位であれば臥位台164の保持部166に保持される。
ここで、本実施の形態に係る撮影システム104では、放射線発生装置120とコンソール110との間、および電子カセッテ40とコンソール110との間で、無線通信によって各種情報の送受信を行う。
なお、電子カセッテ40は、立位台160の保持部162や臥位台164の保持部166で保持された状態のみで使用されるものではなく、その可搬性から、腕部,脚部等を撮影する際には、保持部に保持されていない状態で使用することもできる。
次に、本実施の形態に係る放射線検出器20の構成について説明する。図3は、本実施の形態に係る放射線検出器20の3画素部分の構成を概略的に示す断面模式図である。
同図に示すように、本実施の形態に係る放射線検出器20は、絶縁性の基板1上に、信号出力部14、センサ部13、およびシンチレータ8が順次積層しており、信号出力部14、センサ部13により画素が構成されている。画素は、基板1上に複数配列されており、各画素における信号出力部14とセンサ部13とが重なりを有するように構成されている。
シンチレータ8は、センサ部13上に透明絶縁膜7を介して形成されており、上方(基板1の反対側)または下方から入射してくる放射線を光に変換して発光する蛍光体を成膜したものである。このようなシンチレータ8を設けることで、被検者を透過した放射線を吸収して発光することになる。
シンチレータ8が発する光の波長域は、可視光域(波長360nm〜830nm)であることが好ましく、この放射線検出器20によってモノクロ撮像を可能とするためには、緑色の波長域を含んでいることがより好ましい。
シンチレータ8に用いる蛍光体としては、具体的には、放射線としてX線を用いて撮像する場合、ヨウ化セシウム(CsI)を含むものが好ましく、X線照射時の発光スペクトルが420nm〜700nmにあるCsI(Tl)(タリウムが添加されたヨウ化セシウム)を用いることが特に好ましい。なお、CsI(Tl)の可視光域における発光ピーク波長は565nmである。
センサ部13は、上部電極6、下部電極2、および当該上下の電極間に配置された光電変換膜4を有し、光電変換膜4は、シンチレータ8が発する光を吸収して電荷が発生する有機光電変換材料により構成されている。
上部電極6は、シンチレータ8により生じた光を光電変換膜4に入射させる必要があるため、少なくともシンチレータ8の発光波長に対して透明な導電性材料で構成することが好ましく、具体的には、可視光に対する透過率が高く、抵抗値が小さい透明導電性酸化物(TCO;Transparent Conducting Oxide)を用いることが好ましい。なお、上部電極6としてAuなどの金属薄膜を用いることもできるが、透過率を90%以上得ようとすると抵抗値が増大し易いため、TCOの方が好ましい。例えば、ITO、IZO、AZO、FTO、SnO、TiO、ZnO等を好ましく用いることができ、プロセス簡易性、低抵抗性、透明性の観点からはITOが最も好ましい。なお、上部電極6は、全画素で共通の一枚構成としてもよく、画素毎に分割してもよい。
光電変換膜4は、有機光電変換材料を含み、シンチレータ8から発せられた光を吸収し、吸収した光に応じた電荷を発生する。このように有機光電変換材料を含む光電変換膜4であれば、可視域にシャープな吸収スペクトルを持ち、シンチレータ8による発光以外の電磁波が光電変換膜4に吸収されることがほとんどなく、X線等の放射線が光電変換膜4で吸収されることによって発生するノイズを効果的に抑制することができる。
光電変換膜4を構成する有機光電変換材料は、シンチレータ8で発光した光を最も効率よく吸収するために、その吸収ピーク波長が、シンチレータ8の発光ピーク波長と近いほど好ましい。有機光電変換材料の吸収ピーク波長とシンチレータ8の発光ピーク波長とが一致することが理想的であるが、双方の差が小さければシンチレータ8から発された光を十分に吸収することが可能である。具体的には、有機光電変換材料の吸収ピーク波長と、シンチレータ8の放射線に対する発光ピーク波長との差が、10nm以内であることが好ましく、5nm以内であることがより好ましい。
このような条件を満たすことが可能な有機光電変換材料としては、例えばキナクリドン系有機化合物およびフタロシアニン系有機化合物が挙げられる。例えばキナクリドンの可視域における吸収ピーク波長は560nmであるため、有機光電変換材料としてキナクリドンを用い、シンチレータ8の材料としてCsI(Tl)を用いれば、上記ピーク波長の差を5nm以内にすることが可能となり、光電変換膜4で発生する電荷量をほぼ最大にすることができる。
各画素の下部電極2下方の基板1の表面には信号出力部14が形成されている。図4には、信号出力部14の構成が概略的に示されている。
同図に示すように、本実施の形態に係る信号出力部14は、下部電極2に対応して、下部電極2に移動した電荷を蓄積するコンデンサ9と、コンデンサ9に蓄積された電荷を電気信号に変換して出力する電界効果型薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、単に薄膜トランジスタという場合がある。)10が形成されている。コンデンサ9および薄膜トランジスタ10の形成された領域は、平面視において下部電極2と重なる部分を有しており、このような構成とすることで、各画素における信号出力部14とセンサ部13とが厚さ方向で重なりを有することとなる。なお、放射線検出器20(画素)の平面積を最小にするために、コンデンサ9および薄膜トランジスタ10の形成された領域が下部電極2によって完全に覆われていることが望ましい。
コンデンサ9は、基板1と下部電極2との間に設けられた絶縁膜11を貫通して形成された導電性材料の配線を介して対応する下部電極2と電気的に接続されている。これにより、下部電極2で捕集された電荷をコンデンサ9に移動させることができる。
薄膜トランジスタ10は、ゲート電極15、ゲート絶縁膜16、および活性層(チャネル層)17が積層され、さらに、活性層17上にソース電極18とドレイン電極19が所定の間隔を開けて形成されている。
活性層17は、例えば、アモルファスシリコンや非晶質酸化物、有機半導体材料、カーボンナノチューブなどにより形成することができる。なお、活性層17を構成する材料は、これらに限定されるものではない。
活性層17を構成する非晶質酸化物としては、In、GaおよびZnのうちの少なくとも1つを含む酸化物(例えばIn−O系)が好ましく、In、GaおよびZnのうちの少なくとも2つを含む酸化物(例えばIn−Zn−O系、In−Ga−O系、Ga−Zn−O系)がより好ましく、In、GaおよびZnを含む酸化物が特に好ましい。In−Ga−Zn−O系非晶質酸化物としては、結晶状態における組成がInGaO(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表される非晶質酸化物が好ましく、特に、InGaZnOがより好ましい。
活性層17を構成可能な有機半導体材料としては、フタロシアニン化合物や、ペンタセン、バナジルフタロシアニン等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。なお、フタロシアニン化合物の構成については、特開2009−212389号公報において詳細に説明されているため説明を省略する。
薄膜トランジスタ10の活性層17を非晶質酸化物や有機半導体材料、カーボンナノチューブで形成したものとすれば、X線等の放射線を吸収せず、あるいは吸収したとしても極めて微量に留まるため、信号出力部14におけるノイズの発生を効果的に抑制することができる。
また、活性層17をカーボンナノチューブで形成した場合、薄膜トランジスタ10のスイッチング速度を高速化することができ、また、可視光域での光の吸収度合の低い薄膜トランジスタ10を形成できる。なお、カーボンナノチューブで活性層17を形成する場合、活性層17に極微量の金属性不純物を混入するだけで、薄膜トランジスタ10の性能は著しく低下するため、遠心分離などにより極めて高純度のカーボンナノチューブを分離・抽出して形成する必要がある。
ここで、薄膜トランジスタ10の活性層17を構成する非晶質酸化物、有機半導体材料、カーボンナノチューブや、光電変換膜4を構成する有機光電変換材料は、いずれも低温での成膜が可能である。従って、基板1としては、半導体基板、石英基板、およびガラス基板等の耐熱性の高い基板に限定されず、プラスチック等の可撓性基板や、アラミド、バイオナノファイバを用いることもできる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の可撓性基板を用いることができる。このようなプラスチック製の可撓性基板を用いれば、軽量化を図ることもでき、例えば持ち運び等に有利となる。
また、基板1には、絶縁性を確保するための絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、平坦性あるいは電極等との密着性を向上するためのアンダーコート層等を設けてもよい。
一方、アラミドは、200度以上の高温プロセスを適用できるために透明電極材料を高温硬化させて低抵抗化でき、また、ハンダのリフロー工程を含むドライバICの自動実装にも対応できる。また、アラミドは、ITO(Indium Tin Oxide)やガラス基板と熱膨張係数が近いため、製造後の反りが少なく、割れにくい。また、アラミドは、ガラス基板等と比べて薄く基板を形成できる。なお、超薄型ガラス基板とアラミドを積層して基板を形成してもよい。
また、バイオナノファイバは、バクテリア(酢酸菌、Acetobacter Xylinum)が産出するセルロースミクロフィブリル束(バクテリアセルロース)と透明樹脂との複合したものである。セルロースミクロフィブリル束は、幅50nmと可視光波長に対して1/10のサイズで、かつ高強度、高弾性、低熱膨張である。バクテリアセルロースにアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を含浸・硬化させることで、繊維を60〜70%も含有しながら、波長500nmで約90%の光透過率を示すバイオナノファイバが得られる。バイオナノファイバは、シリコン結晶に匹敵する低い熱膨張係数(3〜7ppm)を有し、鋼鉄並の強度(460MPa)、高弾性(30GPa)で、かつフレキシブルであることから、ガラス基板等と比べて薄く基板1を形成できる。
本実施の形態では、基板1上に、信号出力部14、センサ部13、透明絶縁膜7を順に形成することによりTFT基板30を形成し、当該TFT基板30上に光吸収性の低い接着樹脂等を用いてシンチレータ8を貼り付けることにより放射線検出器20を形成している。
図5に示すように、TFT基板30には、上述したセンサ部13、コンデンサ9、および薄膜トランジスタ10を含んで構成される画素32が一定方向(図5の行方向)、および当該一定方向に対する交差方向(図5の列方向)に2次元状に複数設けられている。
また、放射線検出器20には、上記一定方向(行方向)に延設され、各薄膜トランジスタ10をオン・オフさせるための複数本のゲート配線34と、上記交差方向(列方向)に延設され、オン状態の薄膜トランジスタ10を介して電荷を読み出すための複数本の信号配線36と、が設けられている。
放射線検出器20は、平板状で、かつ平面視において外縁に4辺を有する四辺形状、より具体的には、矩形状に形成されている。
ここで、本実施の形態に係る放射線検出器20では、画素32の一部が放射線を検出するために用いられており、残りの画素32によって放射線画像の撮影を行う。なお、以下では、放射線を検出するための画素32を放射線検出用画素32Aといい、残りの画素32を放射線画像撮影用画素32Bという。
図5に示すように、本実施の形態に係る放射線検出用画素32Aは、薄膜トランジスタ10のソースとドレインが短絡されたものとして構成されている。これにより、放射線検出用画素32Aでは、コンデンサ9に蓄積された電荷が薄膜トランジスタ10のスイッチング状態にかかわらず信号配線36に流れ出す。
本実施の形態に係る放射線検出器20では、画素32における放射線検出用画素32Aを除いた放射線画像撮影用画素32Bにより放射線画像の撮影を行うため、放射線検出用画素32Aの配置位置における放射線画像の画素情報を得ることができない。このため、本実施の形態に係る放射線検出器20では、放射線検出用画素32Aを分散するように配置する一方、コンソール110により、放射線検出用画素32Aの配置位置における放射線画像の画素情報を、当該放射線検出用画素32Aの周囲に位置する放射線画像撮影用画素32Bにより得られた画素情報を用いて補間することにより生成する欠陥画素補正処理を実行する。
また、本実施の形態に係る放射線検出器20では、一例として図6に示すように、放射線画像撮影用画素32Bのみを有する複数(本実施の形態では、3本)の列(以下、「通常画素列」という。)Ln1,Ln2,Ln3と、これらの列に各々隣接すると共に、放射線検出用画素32Aを含む複数(本実施の形態では、3本)の列(以下、「検出画素列」という。)Ls1,Ls2,Ls3と、が含まれるように、放射線検出用画素32Aおよび放射線画像撮影用画素32Bが各々配列されている。
なお、本実施の形態に係る放射線検出器20では、一例として図6に示されるように、被検者が位置される領域H1となる可能性が高い、放射線検出器20の撮影領域における中央部の領域と、被検者が位置されない可能性が高い、放射線検出器20の撮影領域における両端部近傍の領域の3箇所に通常画素列Ln1,Ln2,Ln3および検出画素列Ls1,Ls2,Ls3が予め設定されている。また、本実施の形態に係る放射線検出器20では、各検出画素列に含まれる放射線検出用画素32Aの数が予め定められた数(本実施の形態では、20)で一定とされている。
次に、本実施の形態に係る電子カセッテ40の構成について説明する。図7には、本実施の形態に係る電子カセッテ40の構成を示す斜視図が示されている。
同図に示すように、本実施の形態に係る電子カセッテ40は、放射線を透過させる材料からなる筐体41を備えており、防水性、密閉性を有する構造とされている。電子カセッテ40は、手術室等で使用されるとき、血液やその他の雑菌が付着するおそれがある。そこで、電子カセッテ40を防水性、密閉性を有する構造として、必要に応じて殺菌洗浄することにより、1つの電子カセッテ40を繰り返し続けて使用することができる。
筐体41の内部には、種々の部品を収容する空間Aが形成されており、当該空間A内には、放射線Xが照射される筐体41の照射面側から、被検者を透過した放射線Xを検出する放射線検出器20、および放射線Xのバック散乱線を吸収する鉛板43が順に配設されている。
ここで、本実施の形態に係る電子カセッテ40では、筐体41の平板状の一方の面の放射線検出器20の配設位置に対応する領域が放射線を検出可能な四辺形状の撮影領域41Aとされている。この筐体41の撮影領域41Aを有する面が電子カセッテ40における天板41Bとされており、本実施の形態に係る電子カセッテ40では、放射線検出器20が、TFT基板30が天板41B側となるように配置され、当該天板41Bの筐体41における内側の面(天板41Bの放射線が入射される面の反対側の面)に貼り付けられている。
一方、図7に示すように、筐体41の内部の一端側には、放射線検出器20と重ならない位置(撮影領域41Aの範囲外)に、後述するカセッテ制御部58や電源部70(共に図9参照。)を収容するケース42が配置されている。
筐体41は、電子カセッテ40全体の軽量化を図るために、例えば、カーボンファイバ(炭素繊維)、アルミニウム、マグネシウム、バイオナノファイバ(セルロースミクロフィブリル)、または複合材料等で構成されている。
複合材料としては、例えば、強化繊維樹脂を含む材料が用いられ、強化繊維樹脂には、カーボンやセルロース等が含まれる。具体的には、複合材料としては、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)や、発泡材をCFRPでサンドイッチした構造のもの、または発泡材の表面にCFRPをコーティングしたもの等が用いられる。なお、本実施の形態では、発泡材をCFRPでサンドイッチした構造のものが用いられている。これにより、筐体41をカーボン単体で構成した場合と比較して、筐体41の強度(剛性)を高めることができる。
一方、図8に示すように、筐体41の内部には、天板41Bと対向する背面部41Cの内面に支持体44が配置されており、支持体44および天板41Bの間に、放射線検出器20および鉛板43が放射線Xの照射方向にこの順で並んで配置されている。支持体44は、軽量化の観点、寸法偏差を吸収する観点から、例えば、発泡材で構成されており、鉛板43を支持する。
同図に示すように、天板41Bの内面には、放射線検出器20のTFT基板30を剥離可能に接着する接着部材80が設けられている。接着部材80としては、例えば、両面テープが用いられる。この場合、両面テープは、一方の接着面の接着力が他方の接着面の接着力よりも強くなるように形成されている。
具体的には、接着力の弱い面(弱接着面)は、180°ピール接着力で1.0N/cm以下に設定されている。そして、接着力の強い面(強接着面)が天板41Bに接し、弱接着面がTFT基板30に接する。これにより、ねじ等の固定部材等によって放射線検出器20を天板41Bに固定する場合と比べて電子カセッテ40の厚みを薄くすることができる。また、衝撃や荷重で天板41Bが変形しても、放射線検出器20は剛性の高い天板41Bの変形に追従するため、大きな曲率(緩やかな曲がり)しか発生せず、局所的な低曲率で放射線検出器20が破損する可能性が低くなる。さらに、放射線検出器20が天板41Bの剛性の向上に寄与する。
このように、本実施の形態に係る電子カセッテ40では、放射線検出器20を筐体41の天板41Bの内部に貼り付けているため、筐体41が、天板41B側と背面部41C側とで2つに分離可能とされており、放射線検出器20を天板41Bに貼り付けたり、放射線検出器20を天板41Bから剥離したりする際には、筐体41を天板41B側と背面部41C側とで2つに分離した状態とされる。
なお、本実施の形態では、放射線検出器20の天板41Bへの接着をクリーンルーム等で行わなくてもよい。なぜなら、放射線検出器20および天板41Bの間に放射線を吸収する金属片等の異物が混入した場合に、放射線検出器20を天板41Bから剥離して当該異物を除去できるからである。
次に、図9を参照して、本実施の形態に係る撮影システム104の電気系の要部構成について説明する。
同図に示すように、電子カセッテ40に内蔵された放射線検出器20は、隣り合う2辺の一辺側にゲート線ドライバ52が配置され、他辺側に信号処理部54が配置されている。TFT基板30の個々のゲート配線34はゲート線ドライバ52に接続され、TFT基板30の個々の信号配線36は信号処理部54に接続されている。
また、筐体41の内部には、画像メモリ56と、カセッテ制御部58と、無線通信部60と、を備えている。
TFT基板30の各薄膜トランジスタ10は、ゲート線ドライバ52からゲート配線34を介して供給される信号により行単位で順にオンされ、オン状態とされた薄膜トランジスタ10によって読み出された電荷は、電気信号として信号配線36を伝送されて信号処理部54に入力される。これにより、電荷は行単位で順に読み出され、二次元状の放射線画像が取得可能となる。
図示は省略するが、信号処理部54は、個々の信号配線36毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路およびサンプルホールド回路を備えており、個々の信号配線36を伝送された電気信号は増幅回路で増幅された後にサンプルホールド回路に保持される。また、サンプルホールド回路の出力側にはマルチプレクサ、A/D(アナログ/デジタル)変換器が順に接続されており、個々のサンプルホールド回路に保持された電気信号はマルチプレクサに順に(シリアルに)入力され、A/D変換器によってデジタルの画像データへ変換される。
信号処理部54には画像メモリ56が接続されており、信号処理部54のA/D変換器から出力された画像データは画像メモリ56に順に記憶される。画像メモリ56は所定枚分の画像データを記憶可能な記憶容量を有しており、放射線画像の撮影が行われる毎に、撮影によって得られた画像データが画像メモリ56に順次記憶される。
画像メモリ56はカセッテ制御部58と接続されている。カセッテ制御部58はマイクロコンピュータを含んで構成され、CPU(中央処理装置)58A、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を含むメモリ58B、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部58Cを備えており、電子カセッテ40全体の動作を制御する。
さらに、カセッテ制御部58には無線通信部60が接続されている。無線通信部60は、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11a/b/g等に代表される無線LAN(Local Area Network)規格に対応しており、無線通信による外部機器との間での各種情報の伝送を制御する。カセッテ制御部58は、無線通信部60を介して、放射線画像の撮影に関する制御を行うコンソール110などの外部装置と無線通信が可能とされており、コンソール110等との間で各種情報の送受信が可能とされている。
また、電子カセッテ40には電源部70が設けられており、上述した各種回路や各素子(ゲート線ドライバ52、信号処理部54、画像メモリ56、無線通信部60、カセッテ制御部58として機能するマイクロコンピュータ等)は、電源部70から供給された電力によって作動する。電源部70は、電子カセッテ40の可搬性を損なわないように、バッテリ(充電可能な二次電池)を内蔵しており、充電されたバッテリから各種回路・素子へ電力を供給する。なお、図9では、電源部70と各種回路や各素子を接続する配線を省略している。
一方、図9に示すように、コンソール110は、サーバ・コンピュータとして構成されており、操作メニューや撮影された放射線画像等を表示するディスプレイ111と、複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される操作パネル112と、を備えている。
また、本実施の形態に係るコンソール110は、装置全体の動作を司るCPU113と、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたROM114と、各種データを一時的に記憶するRAM115と、各種データを記憶して保持するHDD(ハードディスク・ドライブ)116と、ディスプレイ111への各種情報の表示を制御するディスプレイドライバ117と、操作パネル112に対する操作状態を検出する操作入力検出部118と、を備えている。また、コンソール110は、無線通信により、放射線発生装置120との間で後述する曝射条件等の各種情報の送受信を行うと共に、電子カセッテ40との間で画像データ等の各種情報の送受信を行う無線通信部119を備えている。
CPU113、ROM114、RAM115、HDD116、ディスプレイドライバ117、操作入力検出部118、および無線通信部119は、システムバスBUSを介して相互に接続されている。従って、CPU113は、ROM114、RAM115、HDD116へのアクセスを行うことができると共に、ディスプレイドライバ117を介したディスプレイ111への各種情報の表示の制御、および無線通信部119を介した放射線発生装置120および電子カセッテ40との各種情報の送受信の制御を各々行うことができる。また、CPU113は、操作入力検出部118を介して操作パネル112に対するユーザの操作状態を把握することができる。
一方、放射線発生装置120は、放射線源121と、コンソール110との間で曝射条件等の各種情報を送受信する無線通信部123と、受信した曝射条件に基づいて放射線源121を制御する制御部122と、を備えている。
制御部122もマイクロコンピュータを含んで構成されており、受信した曝射条件等を記憶する。このコンソール110から受信する曝射条件には管電圧、管電流等の情報が含まれている。制御部122は、受信した曝射条件に基づいて放射線源121から放射線Xを照射させる。
ところで、本実施の形態に係る電子カセッテ40では、放射線検出器20の通常画素列Ln1,Ln2,Ln3および検出画素列Ls1,Ls2,Ls3によって得られた値に基づいて放射線が検出されたか否かを判定する放射線判定機能が搭載されている。
ここで、本実施の形態に係る放射線判定機能について説明する。
本発明の発明者らは、電子カセッテ40に対して衝撃を加えた場合と電磁界による外来ノイズを加えた場合における、通常画素列Ln1,Ln2,Ln3に対応する信号配線36(以下、「信号配線36A」という。)から読み出された電荷により示される値(以下、「第1の値」という。)、および検出画素列Ls1,Ls2,Ls3に対応する信号配線36(以下、「信号配線36B」という。)から読み出された電荷により示される値(以下、「第2の値」という。)に対する影響を確認するため、次の実験を行った。
まず、電子カセッテ40に対して衝撃を加えた場合(以下、「第1の条件」という。)、電子カセッテ40に対して外来ノイズを加えた場合(以下、「第2の条件」という。)、および電子カセッテ40に対して衝撃および外来ノイズを何れも加えず、放射線が照射された場合(以下、「第3の条件」という。)における上記第1の値と第2の値を連続的に複数回サンプリングした。
次に、サンプリングした複数の第1の値および第2の値を、横軸を対応する値とし、縦軸を度数として、上記第1〜第3の条件の各条件別にヒストグラムを作成した。
図10には、上記第1の条件において得られた第1の値Snおよび第2の値Ssの時間経過に伴う変化の一例が示されている。また、図11には、上記第2の条件において得られた第1の値Snおよび第2の値Ssの時間経過に伴う変化の一例が示されている。さらに、図12には、上記第3の条件において得られた第1の値Snおよび第2の値Ssの時間経過に伴う変化の一例が示されている。
一方、図13には、上記第1の条件において得られた第1の値Snおよび第2の値Ssのヒストグラムの一例が示されている。また、図14には、上記第2の条件において得られた第1の値Snおよび第2の値Ssのヒストグラムの一例が示されている。さらに、図15には、上記第3の条件において得られた第1の値Snおよび第2の値Ssのヒストグラムの一例が示されている。
これらの図から明らかなように、上記第1の条件において得られた第1の値と第2の値とでは、その分布状態がほぼ一致する傾向が見られた。また、上記第2の条件において得られた第1の値と第2の値とでは、その重心位置がほぼ一致すると共に、その頻度が異なるという傾向が見られた。これに対し、上記第3の条件において得られた第1の値と第2の値とでは、その分布が大きく異なるという傾向が見られた。なお、上記衝撃については強さや加える方向等を変え、上記外来ノイズについては振幅や周期、種類等を変えて実験を行ったが、同様の傾向が得られた。
そこで、本実施の形態に係る放射線判定機能では、第1の値に対する第2の値の割合が予め定められた閾値以上であるとの条件が成立した場合に放射線を検出したと判定し、他の場合に放射線を検出してないと判定する。
なお、本実施の形態に係る放射線判定機能では、n回連続的にサンプリングした第1の値Snと第2の値Ssとを用いて、次の(1)式および(2)式により得られた値を算出することにより、最終的な第1の値S1および第2の値S2を導出する。
Figure 0005485308
Figure 0005485308
そして、本実施の形態に係る放射線判定機能では、次の(3)式によって割合Rを算出し、当該割合Rが予め定められた閾値以上である場合に放射線が検出されたと判定し、他の場合に放射線が検出されていないと判定する。
Figure 0005485308
次に、本実施の形態に係る撮影システム104の作用を説明する。
まず、図16を参照して、放射線画像の撮影を行う際のコンソール110の作用を説明する。なお、図16は、操作パネル112を介して実行する旨の指示入力が行われた際にコンソール110のCPU113によって実行される放射線画像撮影処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムはROM114の所定領域に予め記憶されている。
同図のステップ300では、予め定められた初期情報入力画面をディスプレイ111により表示させるようにディスプレイドライバ117を制御し、次のステップ302にて所定情報の入力待ちを行う。
図17には、上記ステップ300の処理によってディスプレイ111により表示される初期情報入力画面の一例が示されている。同図に示すように、本実施の形態に係る初期情報入力画面では、これから放射線画像の撮影を行う被検者の氏名、撮影対象部位、撮影時の姿勢、および撮影時の放射線Xの曝射条件(本実施の形態では、放射線Xを曝射する際の管電圧および管電流)の入力を促すメッセージと、これらの情報の入力領域が表示される。
同図に示す初期情報入力画面がディスプレイ111に表示されると、撮影者は、撮影対象とする被検者の氏名、撮影対象部位、撮影時の姿勢、および曝射条件を、各々対応する入力領域に操作パネル112を介して入力する。
そして、撮影者は、被検者と共に放射線撮影室180に入室し、撮影時の姿勢が立位または臥位である場合は、対応する立位台160の保持部162または臥位台164の保持部166に電子カセッテ40を保持させると共に放射線源121を対応する位置に位置決めした後、被検者を所定の撮影位置に位置(ポジショニング)させる。これに対し、撮影対象部位が腕部、脚部等の電子カセッテ40を保持部に保持させない状態で放射線画像の撮影を行う場合に、撮影者は、当該撮影対象部位を撮影可能な状態に被検者、電子カセッテ40、および放射線源121を位置決め(ポジショニング)する。
その後、撮影者は、放射線撮影室180を退室し、上記初期情報入力画面の下端近傍に表示されている終了ボタンを、操作パネル112を介して指定する。撮影者によって終了ボタンが指定されると、上記ステップ302が肯定判定となってステップ304に移行する。
ステップ304では、上記初期情報入力画面において入力された情報(以下、「初期情報」という。)を電子カセッテ40に無線通信部119を介して送信した後、次のステップ306にて、上記初期情報に含まれる曝射条件を放射線発生装置120へ無線通信部119を介して送信することにより当該曝射条件を設定する。これに応じて放射線発生装置120の制御部122は、受信した曝射条件での曝射準備を行う。
次のステップ308では、曝射開始を指示する指示情報を放射線発生装置120および電子カセッテ40へ無線通信部119を介して送信する。
これに応じて、放射線源121は、放射線発生装置120がコンソール110から受信した曝射条件に応じた管電圧および管電流での放射線Xの射出を開始する。放射線源121から射出された放射線Xは、被検者を透過した後に電子カセッテ40に到達する。
一方、電子カセッテ40のカセッテ制御部58は、上記曝射開始を指示する指示情報を受信すると、放射線検出器20の全ての薄膜トランジスタ10をオン状態とすることにより、各信号配線36から読み出された電荷に応じて画像メモリ56に記憶される画像データ(以下、「放射線検出用画像データ」という。)に基づいて得られる放射線量が、放射線の照射が開始されたことを検出するための値として予め定められた閾値以上となるまで待機する。次いで、電子カセッテ40は、検出したものが実際に放射線であったか否かを前述した放射線判定機能により判定し、放射線であった場合に限り、放射線画像の撮影動作を行った後、放射線Xの曝射の停止を指示する曝射停止情報をコンソール110に送信する。
そこで、次のステップ310では、上記曝射停止情報の受信待ちを行い、次のステップ312にて、放射線Xの曝射の停止を指示する指示情報を放射線発生装置120に無線通信部119を介して送信する。これに応じて、放射線源121からの放射線Xの曝射が停止される。
一方、電子カセッテ40は、放射線画像の撮影動作を停止すると、当該撮影によって得られた画像データをコンソール110に送信する。
そこで、次のステップ314では、上記画像データが電子カセッテ40から受信されるまで待機し、次のステップ316にて、受信した画像データに対し、前述した欠陥画素補正処理を施した後、シェーディング補正等の各種の補正を行う画像処理を実行する。
次のステップ318では、上記画像処理が行われた画像データ(以下、「補正画像データ」という。)をHDD116に記憶し、次のステップ320にて、補正画像データにより示される放射線画像を、確認等を行うためにディスプレイ111によって表示させるようにディスプレイドライバ117を制御する。
次のステップ322では、補正画像データをRISサーバ150へ病院内ネットワーク102を介して送信し、その後に本放射線画像撮影処理プログラムを終了する。なお、RISサーバ150へ送信された補正画像データはデータベース150Aに格納され、医師が撮影された放射線画像の読影や診断等を行うことが可能となる。
次に、図18を参照して、コンソール110から上記初期情報を受信した際の電子カセッテ40の作用を説明する。なお、図18は、この際に電子カセッテ40のカセッテ制御部58におけるCPU58Aにより実行されるカセッテ撮影処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムはメモリ58Bの所定領域に予め記憶されている。
同図のステップ400では、コンソール110からの前述した曝射開始を指示する指示情報の受信待ちを行い、次のステップ402では、補正情報取得処理ルーチン・プログラムを実行する。
次に、図19を参照して、本実施の形態に係る補正情報取得処理ルーチン・プログラムについて説明する。なお、図19は、当該補正情報取得処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムもメモリ58Bの所定領域に予め記憶されている。
同図のステップ450では、全ての薄膜トランジスタ10をオン状態とするようにゲート線ドライバ52を制御することにより放射線検出器20をリセットし、次のステップ452では、全ての薄膜トランジスタ10をオフ状態とするようにゲート線ドライバ52を制御する。
次のステップ454では、何れか1本の信号配線36Aから読み出された電荷に基づく画像データ(以下、「補正用通常列画像データ」という。)、および何れか1本の信号配線36Bから読み出された電荷に基づく画像データ(以下、「補正用検出列画像データ」という。)を画像メモリ56から読み出すことにより取得し、次のステップ456にて、取得した補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データをメモリ58Bの所定領域に記憶する。
次のステップ458では、以上のステップ454およびステップ456の処理を上記n回だけ行ったか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ454に戻る一方、肯定判定となった時点で本補正情報取得処理ルーチン・プログラムを終了する。なお、上記ステップ454〜ステップ458の処理を繰り返し実行する際に、上記ステップ456では、補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データを取得した時系列の順番が特定できるように、各々異なる記憶領域に記憶する。
本補正情報取得処理ルーチン・プログラムは、後述する放射線判定処理ルーチン・プログラム(図20)において、放射線検出器20において生じる暗電流による電荷、および薄膜トランジスタ10の切り替え時に生じる切替ノイズを低減するオフセット補正処理、および画素32の配列位置に応じて固定的に生じる固定ノイズを低減する固定ノイズ低減補正処理を行う際に用いるデータ(補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データ)を取得するものである。
本実施の形態に係る放射線判定処理ルーチン・プログラムでは、後述するように、全ての薄膜トランジスタ10をオフ状態とした時点を起点として上記n回だけサンプリングした放射線検出用画像データを積算し、これによって得られた放射線検出用画像データに基づいて割合Rを算出している。このため、本補正情報取得処理ルーチン・プログラムのステップ454〜ステップ458の処理を繰り返し実行する際には、ステップ454の処理によって補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データを取得するタイミングは、全ての薄膜トランジスタ10をオフ状態としたタイミングを起点として、放射線判定処理ルーチン・プログラムにおいて放射線検出用画像データを取得するタイミングと略同一のタイミングとなるように制御する。
補正情報取得処理ルーチン・プログラムが終了すると、カセッテ撮影処理プログラム(メイン・ルーチン)のステップ404に移行し、全ての薄膜トランジスタ10をオン状態とするようにゲート線ドライバ52を制御した後に、これに応じて画像メモリ56に記憶された画像データ(放射線検出用画像データ)を読み出して合算することにより、放射線量を示す情報(以下、「放射線量情報」という。)を取得する。
次のステップ406では、上記ステップ404の処理によって取得した放射線量情報により示される放射線量が前述した閾値以上であるか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ404に戻る一方、肯定判定となった場合には放射線源121からの放射線Xの曝射が開始されたものと見なしてステップ408に移行する。
ステップ408では、放射線判定処理ルーチン・プログラムを実行する。
次に、図20を参照して、本実施の形態に係る放射線判定処理ルーチン・プログラムについて説明する。なお、図20は、当該放射線判定処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムもメモリ58Bの所定領域に予め記憶されている。
同図のステップ470では、前述した補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データをメモリ58Bから読み出し、次のステップ472では、全ての薄膜トランジスタ10をオフ状態とするようにゲート線ドライバ52を制御する。
次のステップ474では、通常画素列Ln1,Ln2,Ln3の何れか1列に対応する信号配線36Aから得られた画像データ(以下、「処理対象通常画像データ」という。)と、これに隣接する検出画素列Ls1,Ls2,Ls3の何れか1列に対応する信号配線36Bから得られた画像データ(以下、「処理対象検出画像データ」という。)を画像メモリ56から読み出す。
次のステップ476では、処理対象通常画像データから補正用通常列画像データを減算すると共に、処理対象検出画像データから補正用検出列画像データを減算することにより、オフセット補正処理および固定ノイズ低減補正処理を行い、これによって得られた処理対象通常画像データおよび処理対象検出画像データをメモリ58Bの所定領域に記憶する。
次のステップ478では、以上のステップ474〜ステップ476の処理が上記n回だけ実行されたか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ474に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ480に移行する。なお、上記ステップ474〜ステップ478の処理を繰り返し実行する際に、上記ステップ476では、全ての薄膜トランジスタ10がオフ状態となった時点を起点として略同一のタイミングで得られた補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データを用いて、上記減算を行う。
ステップ480では、上記ステップ476の処理によって記憶した処理対象通常画像データおよび処理対象検出画像データをメモリ58Bから読み出し、対応するデータ同士で積算する。なお、本実施の形態では、本ステップ480の処理によって積算対象とするデータを、予め定められた範囲内のデータに制限しているが、これに限らず、当該制限を行わない形態としてもよい。ここで、上記予め定められた範囲としては、放射線検出器20の種類や使用環境温度等の諸条件に応じて予め定められた固定値により規定される範囲や、一例として図13に示されるようなヒストグラムを作成し、中心値から所定値以上離れた値を除く範囲等を例示することができる。
次のステップ482では、以上の処理によって得られた処理対象通常画像データを第1の値S1とし、処理対象検出画像データを第2の値S2として、上記(3)式により割合Rを算出する。
次のステップ484では、割合Rが予め定められた閾値(以下、「放射線検出閾値」という。)以上であるか否かを判定し、否定判定となった場合はステップ486に移行して、隣接する通常画素列Ln1,Ln2,Ln3および検出画素列Ls1,Ls2,Ls3の全ての組み合わせについて上記ステップ484の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合はステップ488に移行して、全ての薄膜トランジスタ10をオン状態とするようにゲート線ドライバ52を制御することにより放射線検出器20をリセットした後に上記ステップ472に戻る一方、肯定判定となった場合はステップ490に移行する。なお、上記ステップ472〜ステップ488の処理を繰り返し実行する際に、ステップ474では、それまでに処理対象としなかった通常画素列Ln1,Ln2,Ln3および検出画素列Ls1,Ls2,Ls3の組み合わせを適用する。
ここで、上記放射線検出閾値は、割合Rが、衝撃や外来ノイズが加えられていない状態下での割合Rと、衝撃や外来ノイズが加えられている状態下での割合Rとを切り分ける値として、予め電子カセッテ40の実機を用いた実験や、電子カセッテ40の設計仕様等に基づくコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用する。
ステップ490では、放射線が検出されたと判定されたか否かを示す放射線フラグに、放射線が検出されなかったと判定されたことを示す値(本実施の形態では、‘0’)を代入した後、本放射線判定処理ルーチン・プログラムを終了する。
一方、上記ステップ484において肯定判定となった場合はステップ492に移行し、放射線フラグに放射線が検出されたと判定されたことを示す値(本実施の形態では、‘1’)を代入した後、本放射線判定処理ルーチン・プログラムを終了する。
放射線判定処理ルーチン・プログラムが終了すると、カセッテ撮影処理プログラム(メイン・ルーチン)のステップ410に移行する。
ステップ410では、放射線フラグの値を参照することにより、放射線判定処理ルーチン・プログラムにおいて放射線が検出されたと判定されたか否かを判定し、否定判定となった場合は、検出されたものが衝撃や外来ノイズによるものであったものと見なしてステップ412に移行して、全ての薄膜トランジスタ10をオン状態とするようにゲート線ドライバ52を制御することにより放射線検出器20をリセットした後に上記ステップ404に戻る一方、肯定判定となった場合にはステップ414に移行する。
次のステップ414では、撮影対象部位や撮影条件等に応じて、適切な撮影期間として予め定められた期間の経過待ちを行い、次のステップ416では、全ての薄膜トランジスタ10をオン状態とするようにゲート線ドライバ52を制御することにより各コンデンサ9による電荷の蓄積を停止し、次のステップ418にて、前述した曝射停止情報をコンソール110に無線通信部60を介して送信する。
次のステップ420では、ゲート線ドライバ52を制御してゲート線ドライバ52から1ラインずつ順に各ゲート配線34にオン信号を出力させ、各ゲート配線34に接続された各薄膜トランジスタ10を1ラインずつ順にオンさせる。
放射線検出器20は、各ゲート配線34に接続された各薄膜トランジスタ10を1ラインずつ順にオンされると、1ラインずつ順に各コンデンサ9に蓄積された電荷が電気信号として各信号配線36に流れ出す。各信号配線36に流れ出した電気信号は信号処理部54でデジタルの画像データに変換されて、画像メモリ56に記憶される。
そこで、本ステップ420では、画像メモリ56に記憶された画像データを読み出し、次のステップ422にて、読み出した画像データをコンソール110に無線通信部60を介して送信した後、本カセッテ撮影処理プログラムを終了する。
ところで、本実施の形態に係る電子カセッテ40は、図8に示すように、放射線検出器20がTFT基板30側から放射線Xが照射されるように内蔵されている。
ここで、放射線検出器20は、図21に示すように、シンチレータ8が形成された側から放射線が照射されて、当該放射線の入射面の裏面側に設けられたTFT基板30により放射線画像を読み取る、いわゆる裏面読取方式とされた場合、シンチレータ8の同図上面側(TFT基板30の反対側)でより強く発光し、TFT基板30側から放射線が照射されて、当該放射線の入射面の表面側に設けられたTFT基板30により放射線画像を読み取る、いわゆる表面読取方式とされた場合、TFT基板30を透過した放射線がシンチレータ8に入射してシンチレータ8のTFT基板30側がより強く発光する。TFT基板30に設けられた各センサ部13には、シンチレータ8で発生した光により電荷が発生する。このため、放射線検出器20は、表面読取方式とされた場合の方が裏面読取方式とされた場合よりもTFT基板30に対するシンチレータ8の発光位置が近いため、撮影によって得られる放射線画像の分解能が高い。
また、放射線検出器20は、光電変換膜4を有機光電変換材料により構成しており、光電変換膜4で放射線がほとんど吸収されない。このため、本実施の形態に係る放射線検出器20は、表面読取方式により放射線がTFT基板30を透過する場合でも光電変換膜4による放射線の吸収量が少ないため、放射線に対する感度の低下を抑えることができる。表面読取方式では、放射線がTFT基板30を透過してシンチレータ8に到達するが、このように、TFT基板30の光電変換膜4を有機光電変換材料により構成した場合、光電変換膜4での放射線の吸収が殆どなく放射線の減衰を少なく抑えることができるため、表面読取方式に適している。
また、薄膜トランジスタ10の活性層17を構成する非晶質酸化物や光電変換膜4を構成する有機光電変換材料は、いずれも低温での成膜が可能である。このため、基板1を放射線の吸収が少ないプラスチック樹脂、アラミド、バイオナノファイバで形成することができる。このように形成された基板1は放射線の吸収量が少ないため、表面読取方式により放射線がTFT基板30を透過する場合でも、放射線に対する感度の低下を抑えることができる。
また、本実施の形態によれば、図8に示すように、放射線検出器20をTFT基板30が天板41B側となるように筐体41内の天板41Bに貼り付けているが、基板1を剛性の高いプラスチック樹脂、アラミド、バイオナノファイバで形成した場合、放射線検出器20自体の剛性が高いため、筐体41の天板41Bを薄く形成することができる。また、基板1を剛性の高いプラスチック樹脂やアラミド、バイオナノファイバで形成した場合、放射線検出器20自体が可撓性を有するため、撮影領域41Aに衝撃が加わった場合でも放射線検出器20が破損しづらい。
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、スイッチング素子(本実施の形態では、薄膜トランジスタ10)の全てをオフ状態として、放射線画像撮影用画素のみを有する列に対応して設けられた信号配線である第1の信号配線(本実施の形態では、信号配線36A)から読み出された電荷により示される第1の値に対する、放射線検出用画素を有する列に対応して設けられた信号配線である第2の信号配線(本実施の形態では、信号配線36B)から読み出された電荷により示される第2の値の割合(本実施の形態では、割合R)が予め定められた閾値以上であるとの条件が成立した場合に放射線を検出したと判定しているので、放射線の照射量にかかわらず、高精度で放射線を検出することができる。
また、本実施の形態では、前記第1の値および前記第2の値に対して、暗電流による電荷、および前記スイッチング素子の切り替え時に生じる切替ノイズを低減するオフセット補正を行っているので、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本実施の形態では、前記第1の値および前記第2の値に対して、固定ノイズを低減する固定ノイズ低減補正を行っているので、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本実施の形態では、前記第1の信号配線から予め定められた回数だけ連続的に読み出された電荷により示される値を積算した値を前記第1の値とし、前記第2の信号配線から前記回数だけ連続的に読み出された電荷により示される値を積算した値を前記第2の値として前記判定を行っているので、当該積算を行わない場合に比較して、より高精度で放射線を検出することができる。
特に、本実施の形態では、前記積算の対象とする値が、予め定められた範囲内の値としているので、想定外のノイズ等の影響を抑制することができる結果、より高精度で放射線の照射開始を検出することができる。
また、本実施の形態では、前記判定を各々異なる組み合わせの前記第1の値および前記第2の値を用いて複数回行い、前記条件が成立した組み合わせ数が予め定められた第2閾値(本実施の形態では、1)以上である場合に放射線を検出したと判定し、他の場合に放射線を検出してないと判定しているので、1種類の組み合わせのみにより判定を行う場合に比較して、より高精度で放射線を検出することができる。
また、本実施の形態では、隣接する前記第1の信号配線および前記第2の信号配線から読み出された電荷により示される前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行っているので、温度、荷重、外来ノイズ等の各種条件が略一致する値同士を用いて判定を行うことができる結果、より高精度で放射線を検出することができる。
さらに、本実施の形態では、放射線を検出したと判定した場合に、放射線検出器を用いて放射線画像を撮影する動作に移行させる制御を行っているので、より高精度で放射線を検出することができる結果、放射線の誤検出に起因する不要な放射線画像の撮影を回避することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、上記の実施の形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明を抽出できる。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
例えば、上記実施の形態では、放射線の照射開始が検出された後に、検出されたものが放射線であったか否かを放射線判定機能によって判定する場合の形態例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、放射線判定機能によって放射線の照射開始そのものを検出する形態としてもよい。この場合の実施の形態としては、カセッテ撮影処理プログラム(図18参照。)におけるステップ404およびステップ406の処理を削除して適用する形態を例示することができる。この場合、上記実施の形態に比較して、より高速で放射線の照射開始を検出することができる、処理を簡易化することができる、といった新たな効果が得られる。
また、上記実施の形態では、放射線判定機能において用いる画像データとして、信号配線36の1本分の画像データを重畳させた状態で取得することにより、オフセット補正用の画像データと固定ノイズ低減補正用の画像データとを同時に取得する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、高速処理を実現するために上記各画像データの一部のみを取得して適用する形態としてもよい。なお、この場合、補正情報取得処理ルーチン・プログラムによって予め取得する補正用通常列画像データおよび補正用検出列画像データとして、オフセット補正を行うための画像データと、固定ノイズ低減補正を行うための画像データとを個別に取得し、これらのデータを用いてオフセット補正および固定ノイズ低減補正を個別に行うことになる。
また、上記実施の形態では、薄膜トランジスタ10のソースとドレインを短絡することにより放射線検出用画素32Aを構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、コンデンサ9と薄膜トランジスタ10との接続部に放射線検出専用の信号配線を直接接続することにより、放射線検出用画素32Aを構成する形態としてもよい。
また、放射線検出用のセンサとして必ずしも放射線検出器の画素を適用する必要はなく、例えば、放射線検出器20における各画素列の間や周辺部等の予め定められた位置に放射線が照射されることによって電荷が発生する、放射線検出用の専用のセンサを設けておき、当該センサによって得られた値(第2の値)と放射線画像撮影用画素32Bによって得られた値(第1の値)との比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する形態等としてもよい。この場合、上記センサによる放射線から電荷への変換特性や、適用する放射線画像撮影用画素32Bの数等によっては、第1の値と第2の値との大小関係が上記実施の形態とは逆となる場合もあるが、この場合にも本発明は適用することができる。
また、上記実施の形態では、放射線判定機能を実行する際に、全ての薄膜トランジスタ10をオフ状態として得られた画像データを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、1つの信号配線36Bに接続されている放射線検出用画素32Aの数未満の数を上限として、一部の薄膜トランジスタ10をオン状態として得られた画像データを用いる形態としてもよい。
また、上記実施の形態では、本発明の割合として、(3)式により示される割合Rを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、(3)式の分母と分子とを入れ替えた演算式により得られる割合を適用する形態としてもよい。この場合、当該割合が予め定められた閾値より小さい場合に放射線が検出されたと判定する。
また、上記実施の形態では、連続的に得られた複数の画像データを積算することにより第1の値S1および第2の値S2を取得する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該積算を行うことなく、1つのみの画像データから第1の値S1および第2の値S2を取得する形態としてもよい。
また、上記実施の形態では、センサ部13が、シンチレータ8で発生した光を受光することにより電荷が発生する有機光電変換材料を含んで構成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサ部13として有機光電変換材料を含まずに構成されたものを適用する形態としてもよい。
また、上記実施の形態では、電子カセッテ40の筐体41の内部にカセッテ制御部58や電源部70を収容するケース42と放射線検出器20とを重ならないように配置した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、放射線検出器20とカセッテ制御部58や電源部70を重なるように配置してもよい。
また、上記実施の形態では、電子カセッテ40とコンソール110との間、放射線発生装置120とコンソール110との間で、無線にて通信を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、これらの少なくとも一方を有線にて通信を行う形態としてもよい。
また、上記実施の形態では、放射線としてX線を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、γ線等の他の放射線を適用する形態としてもよい。
その他、上記実施の形態で説明したRIS100の構成(図1参照。)、放射線撮影室の構成(図2参照。)、電子カセッテ40の構成(図3〜図8参照。)、撮影システム104の構成(図9参照。)は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したり、接続状態等を変更したりすることができることは言うまでもない。
さらに、上記実施の形態で説明した各種プログラムの処理の流れ(図16,図18〜図20参照。)も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ換えたりすることができることは言うまでもない。
20 放射線検出器
32 画素
32A 放射線検出用画素
32B 放射線画像撮影用画素
36A 信号配線(第1の信号配線)
36B 信号配線(第2の信号配線)
40 電子カセッテ(放射線画像撮影装置)
58 カセッテ制御部(判定手段、オフセット補正手段、固定ノイズ補正手段、制御手段)
58A CPU
X 放射線

Claims (12)

  1. 放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器と、
    前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する判定手段と、
    を備えた放射線画像撮影装置。
  2. 前記第1センサは、各々照射された放射線を電荷に変換する変換部および当該変換部によって得られた電荷を読み出す際にオン状態とされるスイッチング素子を有する複数の放射線画像撮影用画素であり、
    前記第2センサは、各々前記変換部を有し、当該変換部によって得られた電荷を直接読み出すことのできる複数の放射線検出用画素であり、
    前記放射線検出器は、前記放射線画像撮影用画素および前記放射線検出用画素が、各々行列状で、かつ前記放射線画像撮影用画素のみを有する列および前記放射線検出用画素を有する列が含まれるように配列され、各々同一の列に配列された画素に共通に接続された複数の信号配線を有し、
    前記判定手段は、前記スイッチング素子の全てをオフ状態として、前記放射線画像撮影用画素のみを有する列に対応して設けられた前記信号配線である第1の信号配線から読み出された電荷により示される値を前記第1の値とし、前記放射線検出用画素を有する列に対応して設けられた前記信号配線である第2の信号配線から読み出された電荷により示される値を前記第2の値として、前記第1の値に対する前記第2の値の割合が予め定められた閾値以上であるとの条件が成立した場合に放射線を検出したと判定し、他の場合に放射線を検出してないと判定する
    請求項1記載の放射線画像撮影装置。
  3. 前記第1の値および前記第2の値に対して、対応する前記変換部において生じる暗電流による電荷、および対応する前記スイッチング素子の切り替え時に生じる切替ノイズの少なくとも一方を低減するオフセット補正を行うオフセット補正手段をさらに備え、
    前記判定手段は、前記オフセット補正手段によりオフセット補正が行われた前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行う
    請求項2記載の放射線画像撮影装置。
  4. 前記第1の値および前記第2の値に対して、対応する前記放射線画像撮影用画素および前記放射線検出用画素の配列位置に応じて固定的に生じる固定ノイズを低減する固定ノイズ低減補正を行う固定ノイズ補正手段をさらに備え、
    前記判定手段は、前記固定ノイズ補正手段により固定ノイズ低減補正が行われた前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行う
    請求項2または請求項3記載の放射線画像撮影装置。
  5. 前記判定手段は、前記第1の信号配線から予め定められた回数だけ連続的に読み出された電荷により示される値を積算した値を前記第1の値とし、前記第2の信号配線から前記回数だけ連続的に読み出された電荷により示される値を積算した値を前記第2の値として前記判定を行う
    請求項2から請求項4の何れか1項記載の放射線画像撮影装置。
  6. 前記積算の対象とする値は、予め定められた範囲内の値である
    請求項5記載の放射線画像撮影装置。
  7. 前記判定手段は、前記判定を各々異なる組み合わせの前記第1の値および前記第2の値を用いて複数回行い、前記条件が成立した組み合わせ数が予め定められた第2閾値以上である場合に放射線を検出したと判定し、他の場合に放射線を検出してないと判定する
    請求項2から請求項6の何れか1項記載の放射線画像撮影装置。
  8. 前記判定手段は、隣接する前記第1の信号配線および前記第2の信号配線から読み出された電荷により示される前記第1の値および前記第2の値を用いて前記判定を行う
    請求項2から請求項7の何れか1項記載の放射線画像撮影装置。
  9. 前記判定手段によって前記放射線検出用画素が放射線を検出したと判定された場合に、前記放射線検出器を用いて放射線画像を撮影する動作に移行させる制御を行う制御手段
    をさらに備えた請求項2から請求項8の何れか1項記載の放射線画像撮影装置。
  10. 前記放射線検出用画素は、前記変換部と、スイッチング端子間が短絡された前記スイッチング素子とを有して構成されている
    請求項2から請求項9の何れか1項記載の放射線画像撮影装置。
  11. 放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器の、前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比を算出する算出工程と、
    前記算出工程によって算出された比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する判定工程と、
    を有する放射線画像撮影方法。
  12. コンピュータを、
    放射線画像撮影用の第1センサおよび放射線検出用の第2センサを有する放射線検出器の、前記第1センサによって得られた第1の値と前記第2センサによって得られた第2の値との比を算出する算出手段と、
    前記算出手段によって算出された比に基づいて放射線を検出したか否かを判定する判定手段と、
    として機能させるためのプログラム。
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