JP5660871B2 - 放射線画像検出装置および放射線の照射開始検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線を受けて放射線画像を検出する放射線画像検出装置および放射線の照射開始検出方法に関する。

放射線撮影システム、例えばＸ線撮影システムは、Ｘ線を発生するＸ線発生装置と、Ｘ線を受けてＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置とからなる。Ｘ線発生装置は、Ｘ線を被検体に向けて照射するＸ線源、Ｘ線源の駆動を制御する線源制御装置、およびＸ線の照射開始指示を入力するための照射スイッチを有している。Ｘ線撮影装置は、被検体を透過したＸ線を受けてＸ線画像を検出するＸ線画像検出装置、およびＸ線画像検出装置の駆動を制御する撮影制御装置を有している。

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

ＦＰＤを直方体形状の筐体に内蔵した可搬型のＸ線画像検出装置（以下、電子カセッテという）も実用化されている。電子カセッテは、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の撮影台に取り付けて使用される他、据え置き型では撮影困難な部位を撮影するために被検体自身に持たせて使用される。また、自宅療養中の高齢者や、事故、災害等による急病人を撮影するため、撮影台の設備がない病院外に持ち出して使用されることもある。

従来、照射スイッチの押下によってＸ線源からＸ線が照射されるタイミングと、Ｘ線画像検出装置が信号電荷の蓄積動作を開始するタイミングとを同期させるため、Ｘ線発生装置（線源制御装置）とＸ線撮影装置（撮影制御装置）とは、照射スイッチが発生する操作信号をＸ線の照射開始を示す同期信号として遣り取りしていた。しかし、同期信号の遣り取りのためにＸ線発生装置とＸ線撮影装置を電気的に接続する必要があり、Ｘ線発生装置とＸ線撮影装置のメーカが異なり各装置同士の接続インターフェース（ケーブルやコネクタの規格、同期信号の形式等）が適合しない場合は、新たにインターフェースを用意しなければならなかった。

この問題を解決するため、同期信号の遣り取りをせず（Ｘ線発生装置とＸ線撮影装置を電気的に接続せず）にＸ線画像検出装置自らがＸ線の照射開始を検出して、Ｘ線発生装置との同期を取る技術が提案されている（特許文献１参照）。

一般に電気部品の出力は、部品自体の内的要因、または周囲環境等の外的要因によるノイズの影響を受ける。多くの電気部品が搭載されたＸ線画像検出装置も例外ではなく、撮影制御装置との通信時等にノイズが発生する。このノイズがＸ線の照射開始を検出するための信号に乗ると、実際はＸ線が照射されていないにも関わらず、Ｘ線が照射されたと誤って検出してしまう可能性がある。誤検出した場合はＸ線画像検出装置に無用な動作を行わせることになるので消費電力が嵩む。そのうえ上記動作中は撮影を行うことができないので、撮影チャンスを逃すおそれがある。

さらに、撮影制御装置や撮影条件を設定する装置（いわゆるコンソール）が、あたかも撮影が行われたかのような振る舞いをし、その結果撮影条件を設定し直す等の煩わしい操作が必要となる。また、Ｘ線が照射されたと誤って検出した場合にＸ線画像検出装置が動作して出力された画像が正規の画像の如く扱われ、医師の元に転送されてしまうといった医療ミスに繋がる不都合が生じる危険性もある。

そこで特許文献１では、Ｘ線の照射開始が検出されてから所定期間経過したタイミングを蓄積動作の開始タイミングとして検出することで、ノイズによる誤検出を防止している。Ｘ線の照射開始を検出した信号が単発的なノイズによるものであれば、所定期間経過後その信号は消滅しているので、この場合は誤って蓄積動作に移行することはない。

特開２００６−２４６９６１号公報

特許文献１では、真のＸ線の照射開始と蓄積動作の開始タイミングとに間が空くため、その間照射されたＸ線は無駄になり、被検体に無用な被曝を強いるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体に無用な被曝を強いずに放射線の照射開始を誤って検出することを確実に防止することにある。

本発明の放射線画像検出装置は、放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の画素が配列された放射線画像検出器と、画素に信号電荷を蓄積する蓄積動作と信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作とを所定回数繰り返す照射開始検出動作を前記放射線画像検出器に行わせる制御部と、照射開始検出動作で出力された電気信号と閾値の比較結果に基づき放射線の照射開始を検出する照射検出部と、オフセット補正データを用いて暗電荷ノイズ成分を電気信号から除去するオフセット補正部と、外部装置と情報を遣り取りする通信部とを備え、前記照射検出部は、照射開始検出動作中に前記通信部が通信動作を行っていないときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき検出を行い、通信動作を行っているときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と通信動作による通信ノイズ成分を第一閾値に上乗せした第二閾値の比較結果、または通信ノイズ成分を第一オフセット補正データに上乗せした第二オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき検出を行うことを特徴とする。

前記照射検出部は、電気信号が閾値以上となったときに放射線の照射開始を表す信号を前記制御部に出力する。前記制御部は、前記照射検出部から信号が入力されたら直ちに蓄積動作を前記放射線画像検出器に行わせる。

前記照射検出部は、前記放射線画像検出器の中央付近に配置される画素の信号電荷を変換した電気信号に基づき検出を行うことが好ましい。

可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることが好ましい。

本発明の放射線の照射開始検出方法は、画素に信号電荷を蓄積する蓄積動作と信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作とを所定回数繰り返す照射開始検出動作を放射線画像検出器に行わせ、照射開始検出動作中に通信部が外部装置との通信動作を行っていないときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき放射線の照射開始を検出し、通信動作を行っているときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と通信動作による通信ノイズ成分を第一閾値に上乗せした第二閾値の比較結果、または通信ノイズ成分を第一オフセット補正データに上乗せした第二オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき検出を行うことを特徴とする。

本発明は、通信ノイズ成分を上乗せした閾値と電気信号の比較結果、または通信ノイズ成分を上乗せしたオフセット補正データでオフセット補正された電気信号と閾値の比較結果に基づき放射線の照射開始を検出するので、通信ノイズ成分により誤って放射線の照射開始を検出することが防がれ、また、真の放射線の照射開始と蓄積動作の開始タイミングとに間を空けることなく撮影を行うことができる。従って、被検体に無用な被曝を強いずに放射線の照射開始を誤って検出することを確実に防止することができる。

Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。 ＦＰＤの電気的な構成を示す図である。 第一実施形態の照射検出部の概要を示す図である。 電子カセッテの動作手順を示すタイミングチャートである。 電子カセッテの動作手順を示すフローチャートである。 第二実施形態のオフセット補正部および照射検出部の概要を示す図である。

［第一実施形態］
図１において、Ｘ線撮影システム１０は、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線撮影装置１２とからなる。Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１３と、Ｘ線源１３の駆動を制御する線源制御装置１４と、照射スイッチ１５とで構成される。Ｘ線源１３は、Ｘ線を放射するＸ線管１３ａと、Ｘ線管１３ａが放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）１３ｂとを有する。

Ｘ線管１３ａは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、陰極から放出された熱電子が衝突してＸ線を放射する陽極（ターゲット）とからなる。ターゲットは円板形状をしており、回転により円周軌道上で焦点が移動して、熱電子が衝突する焦点の発熱が分散する回転陽極である。照射野限定器１３ｂは、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を井桁状に配置し、Ｘ線を透過させる照射開口が中央に形成されたものであり、鉛板の位置を移動することで照射開口の大きさを変化させて、照射野を限定する。

線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対して高電圧を供給する高電圧発生器と、Ｘ線源１３が照射するＸ線のエネルギースペクトルを決める管電圧、単位時間当たりの照射量を決める管電流、およびＸ線の照射時間を制御する制御部とからなる。高電圧発生器は、トランスによって入力電圧を昇圧して高圧の管電圧を発生し、高電圧ケーブル１６を通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。本例のＸ線発生装置１１は、Ｘ線撮影装置１２との通信機能を持たないものであり、管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件は、線源制御装置１４の操作パネルを通じて放射線技師により手動で設定される。

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

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

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

Ｘ線撮影装置１２は、電子カセッテ２１、撮影台２２、撮影制御装置２３、およびコンソール２４から構成される。電子カセッテ２１は、ＦＰＤ３６（図２参照）とＦＰＤ３６を収容する可搬型の筐体とからなり、通常はケーブルレスで使用される。電子カセッテ２１は、Ｘ線源１３から照射されて被検体Ｈを透過したＸ線を受けてＸ線画像を出力する。電子カセッテ２１は、平面形状が略矩形状で偏平な形状を有し、平面サイズはフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさである。

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

図２において、電子カセッテ２１にはバッテリ３１、およびアンテナ３２が内蔵されており、撮影制御装置２３との無線通信が可能である。バッテリ３１は、電子カセッテ２１の各部を動作させるための電力を供給する。バッテリ３１は、薄型の電子カセッテ２１内に収まるよう比較的小型のものが使用される。バッテリ３１は、電子カセッテ２１から外部に取り出して充電することが可能である。アンテナ３２は、無線通信のための電波を撮影制御装置２３との間で送受信する。

電子カセッテ２１には、アンテナ３２に加えてソケット３３が設けられている。ソケット３３は撮影制御装置２３と有線接続するために設けられており、ソケット３３には撮影制御装置２３に繋がれた通信ケーブル２５（図１参照）のコネクタが差し込まれる。通信ケーブル２５は、バッテリ３１の残量不足等で電子カセッテ２１と撮影制御装置２３との無線通信が不可能になった場合に使用される。通信ケーブル２５を使用した場合、撮影制御装置２３との有線通信が可能になるとともに撮影制御装置２３から電子カセッテ２１に給電することが可能となる。なお、図示は省略したが、電子カセッテ２１には、電源スイッチやその他操作スイッチ、電源のオン／オフ、バッテリ３１の残量、動作エラー、無線通信状況等を表示するインジケータが設けられている。

通信部３４には、アンテナ３２およびソケット３３が接続されている。通信部３４は、アンテナ３２またはソケット３３と制御回路４１、メモリ５１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。

通信部３４は、画像データやインジケータの表示制御信号等の不定期な情報、信号の送受信の他、無線または有線による通信状態の良否を報せるため、撮影制御装置２３との間で定期的に通信確認信号を遣り取りしている。通信確認信号は、まず撮影制御装置２３側から先に送信され、これを受けた通信部３４が応じる形式で電子カセッテ２１と撮影制御装置２３の間で相互に送受信される。

通信部３４は、アンテナ３２またはソケット３３を介した撮影制御装置２３との情報、信号の送受信の状態を制御回路４１に逐次送信する。これにより制御回路４１で撮影制御装置２３との通信状態が常時把握可能となる。

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

ＦＰＤ３６は、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ（蛍光体）を有し、シンチレータによって変換された可視光を画素３７で光電変換する間接変換型である。シンチレータは、画素３７が配列された撮像領域３８の全面と対向するように配置されている。なお、Ｘ線を直接電荷に変換する変換層（アモルファスセレン等）を用いた直接変換型のＦＰＤを用いてもよい。

画素３７は、可視光の入射によって電荷（電子−正孔対）を発生する光電変換素子であるフォトダイオード４２、フォトダイオード４２が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）、およびスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４３を備える。

フォトダイオード４２は、電荷を発生する半導体層（例えばＰＩＮ型）とその上下に上部電極および下部電極を配した構造を有している。フォトダイオード４２は、下部電極にＴＦＴ４３が接続され、上部電極には図示しないバイアス線が接続されており、バイアス線を通じてバイアス電圧が印加される。バイアス電圧の印加により半導体層内に電界が生じ、光電変換により半導体層内で発生した電荷（電子−正孔対）は、一方がプラス、他方がマイナスの極性を持つ上部電極と下部電極に移動し、キャパシタに電荷が蓄積される。

ＴＦＴ４３は、ゲート電極が走査線４４に、ソース電極が信号線４６に、ドレイン電極がフォトダイオード４２にそれぞれ接続される。走査線４４と信号線４６は格子状に配線されており、走査線４４は撮像領域３８内の画素３７の行数分（ｎ行分）、信号線４６は画素３７の列数分（ｍ列分）それぞれ設けられている。走査線４４はゲートドライバ３９に接続され、信号線４６は信号処理回路４０に接続される。

ゲートドライバ３９は、ＴＦＴ４３を駆動することにより、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を画素３７に蓄積する蓄積動作と、画素３７から信号電荷を読み出す読み出し（本読み）動作と、リセット（空読み）動作と、照射開始検出動作とを行わせる。制御回路４１は、通信部３４を通じて入力される撮影制御装置２３からの制御信号に基づいて、ゲートドライバ３９によって実行される上記各動作の開始タイミングを制御する。

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

フォトダイオード４２の半導体層には、Ｘ線の入射の有無に関わらず暗電荷が発生する。この暗電荷はバイアス電圧が印加されているためにキャパシタに蓄積される。画素３７において発生する暗電荷は、画像データに対してはノイズ成分となるので、これを除去するためにリセット動作が行われる。リセット動作は、画素３７において発生する暗電荷を、信号線４６を通じて掃き出す動作である。

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

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

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

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

全行の読み出しが完了すると、一画面分のＸ線画像を表す画像データがメモリ５１に記録される。この画像データは、メモリ５１から読み出され、通信部３４を通じて撮影制御装置２３に出力される。こうして被検体ＨのＸ線画像が検出される。

オフセット補正部５２は、メモリ５１から画像データを受け取り、画像データから暗電荷に起因するノイズを差し引くオフセット補正を実行する。具体的には、オフセット補正部５２は、Ｘ線の非照射時に読み出し動作を行って得た暗画像データ（オフセット補正データ）を画像データから減算する（図６も参照）。オフセット補正部５２は、オフセット補正後の画像データを再びメモリ５１に記録させる。なお、暗画像データを得るためのＸ線の非照射時の読み出し動作は、一日の作業開始前に行ってもよいし、Ｘ線撮影の都度行ってもよい。また、暗電荷以外のノイズや、周囲環境（温度）、あるいは電子カセッテ２１の動作モード等の影響を取り除くため、Ｘ線の非照射時の読み出し動作を連続して複数回行い、各回で得られた暗画像データの平均値をオフセット補正に採用してもよい。

照射開始検出動作では、蓄積動作に掛ける時間を、Ｘ線の最大照射時間よりもはるかに短く、且つＸ線の照射を検出するに十分な長さの時間とし、該蓄積動作と読み出し動作を所定回数繰り返す。図３において、照射開始検出動作では、画素３７のうちの少なくとも一つを検出画素３７ａとして用い、照射検出部５３にてＸ線源１３からＸ線が照射されたことを検出する。

検出画素３７ａには、例えば、撮像領域３８の中央付近の画素３７を複数個用いる。撮像領域３８の中央付近の画素３７を検出画素３７ａに用いれば、撮影部位の大きさに応じてＸ線の照射範囲が撮像領域３８より小さく設定された場合でも、撮像領域３８の中央付近は照射範囲から外れることはないので、Ｘ線の照射範囲の大きさに関わらず照射開始の検出を確実に行うことができる。なお、全ての画素３７を検出画素３７ａとして用いてもよい。

照射検出部５３は、第一比較回路６１、第二比較回路６２、および判定回路６３からなる。各比較回路６１、６２は二つの入力端子と一つの出力端子を有する。各比較回路６１、６２の一方の入力端子には、第一スイッチング素子６４を介して複数個の検出画素３７ａのオフセット補正済みデジタル電圧信号の平均値Ｄａｖｅが入力される。第一比較回路６１の他方の入力端子には第一閾値Ｄｒｅｆ、第二比較回路６２には第二閾値Ｄｒｅｆ’（＝Ｄｒｅｆ＋Δ）が入力される。平均値Ｄａｖｅは、メモリ５１に記録された全画素分のオフセット補正済みデジタル電圧信号から検出画素３７ａに該当する信号を抽出し、これらを加算して検出画素３７ａの個数で割ることで求められる。各比較回路６１、６２の出力端子は、第二スイッチング素子６５を介して判定回路６３に繋がれている。各スイッチング素子６４、６５は、制御回路４１の制御の下に連動する。

上記Δは、通信確認信号の遣り取り等の通信部３４の送受信（通信）動作で発生するノイズ成分である。従って第二閾値Ｄｒｅｆ’は、通信部３４の送受信動作で発生するノイズ成分を第一閾値Ｄｒｅｆに上乗せしたものである。Δは、電子カセッテ２１の出荷時等に通信部３４を動作させた状態で得た暗画像データから予め取得される。

制御回路４１は、通信部３４で送受信動作を行っていない場合、各スイッチング素子６４、６５を図示する第一比較回路６１の側に切り替える。電圧信号Ｄａｖｅは第一比較回路６１に入力され、判定回路６３には第一比較回路６１の出力が入力される。一方、通信部３４で送受信動作を行っている場合は各スイッチング素子６４、６５を第二比較回路６２の側に切り替える。電圧信号Ｄａｖｅは第二比較回路６２に入力され、判定回路６３には第二比較回路６２の出力が入力される。

第一比較回路６１は、電圧信号Ｄａｖｅと第一閾値Ｄｒｅｆとを比較し、電圧信号Ｄａｖｅが第一閾値Ｄｒｅｆを下回っている場合と、第一閾値Ｄｒｅｆ以上となった場合とで異なる電圧値Ｖ１ａ、Ｖ１ｂを出力する。第二比較回路６２も同様に、電圧信号Ｄａｖｅが第二閾値Ｄｒｅｆ’を下回っている場合と、第二閾値Ｄｒｅｆ’以上となった場合とで異なる電圧値Ｖ２ａ、Ｖ２ｂを出力する。

判定回路６３は、各比較回路６１、６２の出力端子の電圧値を監視して、電圧値がＶ１ａ１からＶ１ｂ、またはＶ２ａからＶ２ｂに変化したとき、つまり電圧信号Ｄａｖｅが第一閾値Ｄｒｅｆ、または第二閾値Ｄｒｅｆ’以上となったときに、Ｘ線源１３からＸ線の照射が開始されたと判定する。そして、この旨を表す照射開始検出信号を制御回路４１に出力する。

Ｘ線が照射されていない状態では、画素３７には暗電荷のみが蓄積される。この暗電荷はオフセット補正で除かれるため、各比較回路６１、６２のいずれかに入力される検出画素３７ａの電圧信号Ｄａｖｅは略ゼロとなり第一閾値Ｄｒｅｆ、または第二閾値Ｄｒｅｆ’より低い値となる。一方、Ｘ線が照射されると、これに応じた信号電荷が画素３７に蓄積される。信号電荷は暗電荷と比べるとはるかに大きいため、Ｘ線が照射された直後に電圧信号Ｄａｖｅは第一閾値Ｄｒｅｆ、または第二閾値Ｄｒｅｆ’以上となる。照射検出部５３は、このＸ線の照射開始前後における電圧信号Ｄａｖｅの変化を監視して、Ｘ線の照射開始を検出する。

通信部３４は、照射開始検出動作中も通信確認信号やその他の情報、信号の送受信を行っている。こうした通信部３４の送受信動作によりノイズが発生して、このノイズ成分が電圧信号に加算されてしまうということが起きる。電圧信号にノイズ成分が加算されてしまうと、照射開始検出動作中に出力される電圧信号Ｄａｖｅも当然その分嵩上げされる。そして、ノイズ成分のために電圧信号Ｄａｖｅが閾値Ｄｒｅｆ以上となり、実際はＸ線が照射されていないにも関わらずＸ線の照射が開始されたと照射検出部５３で誤検出するおそれがある。

本例では、通信部３４が送受信動作を行っているときに各スイッチング素子６４、６５を第二比較回路６２の側に切り替え、通信部３４の送受信動作で発生するノイズ成分を第一閾値Ｄｒｅｆに上乗せした第二閾値Ｄｒｅｆ’と電圧信号Ｄａｖｅとの比較結果に基づきＸ線の照射開始を検出している。このため、仮にノイズ成分が電圧信号Ｄａｖｅに加算されても、電圧信号Ｄａｖｅは第二閾値Ｄｒｅｆ’以上とならないので制御回路４１には照射開始検出信号は入力されない。従って、電子カセッテ２１はＸ線の照射開始検出後の蓄積動作に誤って移行することはなく、引き続き照射開始検出動作を実行する。そして、真にＸ線の照射が開始されたときのみ照射開始検出信号が制御回路４１に入力され、蓄積動作に移行する。

制御回路４１は、電子カセッテ２１の電源投入後、撮影制御装置２３から撮影条件が送信されるまでＦＰＤ３６にリセット動作を行わせる。そして、撮影制御装置２３から撮影条件が送信されたら、ＦＰＤ３６の動作をリセット動作から照射開始検出動作に移行させる。制御回路４１は、照射開始検出動作中に照射検出部５３からの照射開始検出信号を受けた場合、ＦＰＤ３６の動作を照射開始検出動作から蓄積動作へ移行させる。このとき、蓄積動作に移行する前に一回リセット動作を行わせる。制御回路４１は、蓄積動作を開始してからの経過時間をタイマにより計時する。そして、経過時間が撮影条件で設定された時間に達したら、ＦＰＤ３６を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。

撮影制御装置２３は、アンテナ３２による無線方式、あるいは通信ケーブル２５による有線方式により電子カセッテ２１と通信可能に接続されており、電子カセッテ２１を制御する。具体的には、電子カセッテ２１に対して撮影条件を送信して、ＦＰＤ３６の信号処理の条件（増幅器のゲイン等）を設定させるとともに、ＦＰＤ３６の前記各動作を間接的に制御し、また、電子カセッテ２１からの画像データをコンソール２４に送信する。

図１において、撮影制御装置２３は、装置を統括的に制御するＣＰＵ２３ａと、電子カセッテ２１と無線方式または有線方式により通信するとともに、コンソール２４と通信ケーブル２６を介して通信する通信部２３ｂと、メモリ２３ｃとを有する。通信部２３ｂ、メモリ２３ｃはＣＰＵ２３ａに接続されている。メモリ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａが実行する制御プログラムが格納される他、第一閾値Ｄｒｅｆ、第二閾値Ｄｒｅｆ’もしくはΔ等の各種情報が格納される。メモリ２３ｃの第一閾値Ｄｒｅｆ、第二閾値Ｄｒｅｆ’は、電子カセッテ２１の電源投入後に電子カセッテ２１に送信され、各比較回路６１、６２の入力にそれぞれセットされる。

コンソール２４は、通信ケーブル２６で撮影制御装置２３と接続されており、撮影制御装置２３に対して撮影条件を送信するとともに、撮影制御装置２３から送信されるＸ線画像のデータに対して各種画像処理を施す。画像処理済みのＸ線画像はコンソール２４のディスプレイに表示される他、そのデータがコンソール２４内のハードディスクやメモリ、あるいはコンソール２４とネットワーク接続された画像蓄積サーバといったデータストレージデバイスに格納される。

コンソール２４は、患者の性別、年齢、撮影部位、撮影目的といった情報が含まれる検査オーダの入力を受け付けて、検査オーダをディスプレイに表示する。検査オーダは、ＨＩＳ（病院情報システム）やＲＩＳ（放射線情報システム）といった患者情報や放射線検査に係る検査情報を管理する外部システムから入力されるか、放射線技師により手動入力される。放射線技師は、検査オーダの内容をディスプレイで確認し、その内容に応じた撮影条件をコンソール２４の操作画面を通じて入力する。

以下、上記構成による作用について、図４のタイミングチャート、および図５のフローチャートを参照して説明する。なお、図４と図５のＳ１０等の表記はそれぞれ対応している。

Ｘ線撮影システム１０で撮影を行う場合には、まず、撮影台２２にセットされた電子カセッテ２１の高さを調節して、被検体Ｈの撮影部位と位置を合わせる。また、電子カセッテ２１の高さおよび撮影部位の大きさに応じて、Ｘ線源１３の高さや照射野の大きさを調整する。

次いで、図５のステップ１０（Ｓ１０）に示すように、電子カセッテ２１の電源を投入する。このとき、電源回路からバイアス電圧がＦＰＤ３６の画素３７に供給され、ゲートドライバ３９および信号処理回路４０が動作して、制御回路４１によりＦＰＤ３６はリセット動作を開始する（Ｓ１１）。続いてコンソール２４から撮影条件を入力し、撮影制御装置２３を介して電子カセッテ２１に撮影条件を設定する。また、線源制御装置１４にも撮影条件を設定する。撮影制御装置２３から撮影条件を受信すると（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御回路４１によりＦＰＤ３６はリセット動作から照射開始検出動作に移行する（Ｓ１３）。

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

ＦＰＤ３６では照射開始検出動作の蓄積動作と読み出し動作が所定回数繰り返し行われており、照射検出部５３で検出画素３７ａの電圧信号の平均値Ｄａｖｅと第一閾値Ｄｒｅｆ、または第二閾値Ｄｒｅｆ’が比較され、Ｘ線の照射開始を検出している（Ｓ１３）。なお、蓄積動作と読み出し動作を所定回数行う間にＸ線の照射開始が検出されない場合は、制御回路４１によりＦＰＤ３６はリセット動作に戻される。

照射開始検出動作中、撮影制御装置２３との通信確認信号の遣り取り等で通信部３４が送受信動作を行っていた場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、制御回路４１によりスイッチング素子６４、６５が切り替え動作され、第二比較回路６２が選択される（Ｓ１５）。そして、電圧信号Ｄａｖｅと第二閾値Ｄｒｅｆ’を第二比較回路６２で比較した結果、すなわち第二比較回路６２からの電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂに基づき、判定回路６３でＸ線の照射開始が検出される。

一方、通信部３４が送受信動作を行っていない場合（Ｓ１４でＮＯ）は第一比較回路６１が選択され（Ｓ１６）、電圧信号Ｄａｖｅと第一閾値Ｄｒｅｆを第一比較回路６１で比較した結果出力される電圧Ｖ１ａ、Ｖ１ｂに基づいてＸ線の照射開始が検出される。なお、図４ではＸ線の照射開始と通信部３４の送受信動作が丁度重なり、第二比較回路６２を選択してＸ線の照射開始を検出する場合を例示している。

Ｘ線源１３からＸ線が照射されて電圧信号Ｄａｖｅが第一閾値Ｄｒｅｆ、または第二閾値Ｄｒｅｆ’以上となり、第一比較回路６１の出力がＶ１ｂ、または第二比較回路６２の出力がＶ２ｂに変化したことが判定回路６３で検出（Ｘ線の照射開始が検出）されると（Ｓ１７でＹＥＳ）、制御回路４１は、ＦＰＤ３６に一回リセット動作を行わせた後（図４、図５では図示省略）、全画素３７のＴＦＴ４３をオフ状態にして、蓄積動作へ移行させる（Ｓ１８）。蓄積動作の間、被検体Ｈを透過したＸ線がＦＰＤ３６の撮像領域３８に入射し、画素３７にはＸ線の入射量に応じた信号電荷が蓄積される。

線源制御装置１４は、撮影条件で設定された照射時間が経過するとＸ線の照射を停止する。また、ＦＰＤ３６も撮影条件で設定された照射時間に相当する所定時間経過後（Ｓ１９でＹＥＳ）、蓄積動作を終了して読み出し動作へ移行する（Ｓ２０）。読み出し動作では、先頭行から順に一行ずつ画素３７に蓄積された信号電荷が読み出され、一画面分のＸ線画像データとしてメモリ５１に記録される。この画像データはオフセット補正後撮影制御装置２３を介してコンソール２４に送信される。読み出し動作が完了すると、ＦＰＤ３６は、次の撮影条件が設定されていない場合は電源投入直後のＳ１１のリセット動作の状態に戻り、設定されていた場合はＳ１３に戻り照射開始検出動作を再開する。

なお、通信部３４は、図４に例示する定期的な送受信動作に限らず、インジケータの表示制御信号等を不定期で撮影制御装置２３と送受信することがある。この場合はその都度第二比較回路６２を選択してノイズ成分によるＸ線の照射開始の誤検出を防ぐ。

以上説明したように、本発明は、通信部３４で送受信動作を行っているときは該送受信動作で発生するノイズ成分を第一閾値Ｄｒｅｆに上乗せしてＸ線の照射開始を検出するので、Ｘ線の照射開始を誤って検出することを確実に防ぐことができる。このため、誤検出により電子カセッテ２１に無用な動作を行わせることがなく、無用な動作で撮影チャンスを逃すおそれもなくなり、Ｘ線撮影の高効率化、省電力化を達成することができる。

Ｘ線の照射開始が検出されたと同時にＦＰＤ３６が蓄積動作に移行するので、照射されたＸ線を余すところなくＸ線画像の生成に利用することができ、被検体Ｈへの無用な被曝を避けることができる。

［第二実施形態］
上記第一実施形態では、通信部３４の送受信動作で発生するノイズ成分を第一閾値Ｄｒｅｆに上乗せすることで、ノイズ成分の影響を除去している。対して本実施形態では、オフセット補正の際に画像データから減算する暗画像データにノイズ成分を上乗せする。

図６において、オフセット補正部７１の減算器７２には、スイッチング素子７３を介して第一暗画像データｑ０、または第二暗画像データｑ０’（＝ｑ０＋Δ）が入力される。第一暗画像データｑ０は、第一実施形態で説明した暗画像データと同じデフォルト値である。第二暗画像データｑ０’は、通信部３４の送受信動作で発生するノイズ成分を第一暗画像データｑ０に上乗せしたものである。

制御回路４１は、通信部３４で送受信動作を行っていない場合、スイッチング素子７３を図示する第一暗画像データｑ０側に切り替える。減算器７２は、メモリ５１から読み出された画像データから第一暗画像データｑ０を減算する。一方、通信部３４で送受信動作を行っている場合はスイッチング素子７３を第二暗画像データｑ０’側に切り替える。この場合、減算器７２により画像データから第二暗画像データｑ０’が減算される。

本実施形態の照射検出部７４は、第二比較回路６２および各スイッチング素子６４、６５がない点で第一実施形態の照射検出部５３と異なる他は、基本的な機能は照射検出部５３と同様である。比較回路７５は、第一実施形態の第一比較回路６１と同様の構成および作用を有する。比較回路７５は、オフセット補正部７１からのオフセット補正済みの電圧信号Ｄａｖｅと第一閾値Ｄｒｅｆを比較して、第一実施形態と同様に電圧Ｖ１ａ、またはＶ１ｂを出力する。判定回路７６は、これも第一実施形態の判定回路６３と同様に比較回路７５の電圧出力を監視してＸ線の照射が開始されたか否かを判定する。以降の処理は第一実施形態と同じであるため説明を省略する。

本実施形態では、通信部３４の送受信動作で発生するノイズ成分を第一暗画像データｑ０に上乗せしてオフセット補正を行うので、オフセット補正後のデータは通信部３４の送受信動作で発生するノイズ成分を除去したものとなる。第一閾値Ｄｒｅｆを超えるノイズ成分が発生しても、オフセット補正で電圧信号Ｄａｖｅから除かれるので、第一実施形態と同様にＸ線の照射開始を誤って検出することはない。また、第一実施形態と比べて照射検出部の構成を簡素にすることができる。

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

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

上記各実施形態では、Ａ／Ｄ変換後のデジタル化した電圧信号と閾値を比較することで照射検出を行っているが、積分アンプから出力されるアナログ電圧信号と閾値を比較してもよい。

上記各実施形態の順次リセット方式に代えて、配列画素の複数行を一グループとしてグループ内で順次リセットを行い、グループ数分の行の暗電荷を同時に掃き出す並列リセット方式や、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。

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

上記各実施形態では、電子カセッテ２１と撮影制御装置２３を別体で構成した例で説明したが、撮影制御装置２３の機能を制御回路４１に内蔵する等、電子カセッテと撮影制御装置を一体化してもよい。また、コンソール２４で画像処理を行うとしているが、撮影制御装置２３で行ってもよい。

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、据え置き型のＸ線画像検出装置に本発明を適用してもよい。

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

１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線発生装置
１２ Ｘ線撮影装置
１３ Ｘ線源
１４ 線源制御装置
２１ 電子カセッテ
２３ 撮影制御装置
２３ａ ＣＰＵ
２４ コンソール
３４ 通信部
３６ ＦＰＤ
３７ 画素
３７ａ 検出画素
４０ 信号処理回路
４１ 制御回路
５２、７１ オフセット補正部
５３、７４ 照射検出部
６１、６２ 第一、第二比較回路
６３、７６ 判定回路
７５ 比較回路

Claims (5)

1. 放射線源から照射された放射線を受けて信号電荷を蓄積する複数の画素が配列された放射線画像検出器と、
   画素に信号電荷を蓄積する蓄積動作と信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作とを所定回数繰り返す照射開始検出動作を前記放射線画像検出器に行わせる制御部と、
   照射開始検出動作で出力された電気信号と閾値の比較結果に基づき放射線の照射開始を検出する照射検出部と、
   オフセット補正データを用いて暗電荷ノイズ成分を電気信号から除去するオフセット補正部と、
   外部装置と情報を遣り取りする通信部とを備え、
   前記照射検出部は、照射開始検出動作中に前記通信部が通信動作を行っていないときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき検出を行い、
   通信動作を行っているときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と通信動作による通信ノイズ成分を第一閾値に上乗せした第二閾値の比較結果、または通信ノイズ成分を第一オフセット補正データに上乗せした第二オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき検出を行うことを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記照射検出部は、電気信号が閾値以上となったときに放射線の照射開始を表す信号を前記制御部に出力し、
   前記制御部は、前記照射検出部から信号が入力されたら直ちに蓄積動作を前記放射線画像検出器に行わせることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
3. 前記照射検出部は、前記放射線画像検出器の中央付近に配置される画素の信号電荷を変換した電気信号に基づき検出を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像検出装置。
4. 可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
5. 画素に信号電荷を蓄積する蓄積動作と信号電荷を電気信号に変換して出力する読み出し動作とを所定回数繰り返す照射開始検出動作を放射線画像検出器に行わせ、
   照射開始検出動作中に通信部が外部装置との通信動作を行っていないときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき放射線の照射開始を検出し、
   通信動作を行っているときは、第一オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と通信動作による通信ノイズ成分を第一閾値に上乗せした第二閾値の比較結果、または通信ノイズ成分を第一オフセット補正データに上乗せした第二オフセット補正データでオフセット補正された電気信号と第一閾値の比較結果に基づき検出を行うことを特徴とする放射線の照射開始検出方法。

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