JP6706136B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像方法およびプログラムに関する。

医療画像診断や非破壊検査に用いる放射撮像装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素アレイを有するマトリクス基板を有する放射線撮像装置が実用化されている。放射線撮像装置の多機能化の一つとして、例えば、特許文献１では、放射線の線量制御を行う放射線撮像システムとして、フォトタイマなどの放射線受光部分よりアナログ信号が放射線発生装置の線量制御部へ入力され、アナログ信号の積算値が所定の閾値を超えると線量制御部が放射線の照射を停止させる線量制御を行う構成が開示されている。

特許４２１７５０５号公報

しかしながら、放射線撮像装置から放射線発生装置に対して線量情報をアナログ信号で出力するように構成した場合に、該アナログ信号はノイズの影響を受けやすい。そのため、例えば、放射線撮影システムは、放射源から照射される線量が少ない場合にはノイズ等の影響により、放射線の照射を停止させる線量制御の精度が低下し得るという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数種の信号を用いて、放射線の照射を停止するように制御を行うことが可能な放射線撮像技術を提供する。

本発明の一態様による放射線撮像システムは、放射線源から照射された放射線の線量を検出する検出手段と、
前記検出の結果にデジタル信号処理を施した信号を生成する第１の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第１停止信号を出力する第１の処理手段と、
前記第１の処理が施された信号にアナログ変換処理を施した信号を生成する第２の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第２停止信号を出力する第２の処理手段と、
前記第１停止信号または前記第２停止信号に基づいて、前記放射線の照射を停止するように前記放射線源を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数種の信号を用いて、放射線の照射を停止するように制御を行うことが可能になる。複数種の信号を用いて、放射線の照射を停止するように制御を行うことで、過剰な照射を抑制し、低線量化を実現することが可能になる。

放射線撮像装置を含む放射線撮像システムの構成例を示す図。 放射線撮像システムにおけるデータ通信例を示す図。 放射線撮像装置の外観構成を例示する図。 放射線撮像装置の内部構成を例示する図。 放射線撮像システムの構成を例示する図。 アナログ信号処理を行う構成を例示する図。 アナログ信号に基づく放射線撮像システムの動作例を示す図。 デジタル信号経路の信号生成部の構成を例示する図。 デジタル信号に基づく放射線撮像システムの動作例を示す図。 放射線撮像装置における線量の検知例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。本明細書において、放射線は、Ｘ線に限らず、例えば、電磁波やα線、β線、γ線などであってもよい。

以下、図１を用いて本実施形態の放射線撮像システム１０００の構成及び処理を説明する。図１は、本実施形態の放射線撮像装置を含む放射線撮像システムの構成例を示すブロック図である。放射線撮像システムは、例えば、病院内での放射線画像の撮影時において使用され、その機能的な構成として、放射線撮像装置１００１、撮像制御装置１００２、放射線源１００３、高電圧発生装置１００４、ＬＡＮ１００５（院内ＬＡＮ）を含む。

放射線撮像装置１００１は、操作者の操作スイッチ４６の操作により、図示しない被験者を透過した放射線を検出し画像を形成する。撮像制御装置１００２は、放射線撮像装置１００１に対して、例えば、撮像条件の設定、動作設定などを行い、放射線撮像装置１００１は撮像制御装置１００２へ、例えば画像転送、到達線量の送信、放射線源１００３の照射を停止させるための停止信号の送信などを行う。撮像条件の設定、動作設定、画像情報などの情報の入力、出力を可能とするための、入力デバイスとして、撮像制御装置１００２は、例えば、マウス、キーボードを保持し、出力デバイスとしてディスプレイなどを保持する。また撮像制御装置１００２は、高電圧発生装置１００４に対して放射線の照射制御などを行う。撮像制御装置１００２は機能構成として、通信を行い媒介する通信制御部１０２１と、動作設定、線量情報通知などを行う制御部１０２２とを有し、放射線撮像装置１００１と高電圧発生装置１００４の状態を監視し、放射線の照射、撮像を制御する。

放射線源１００３は、例えば、放射線を発生させるために電子を高電圧で加速し、陽極に衝突させる放射線管とロータを保持している。放射線源１００３より照射された放射線は被験者に照射される。放射線撮像装置１００１は、被験者を透過した放射線を検出し画像を形成する。

図２では、撮像制御装置１００２と放射線撮像装置１００１との間のデータ通信と、撮像制御装置１００２と高電圧発生装置１００４との間のデータ通信と、放射線撮像装置１００１と高電圧発生装置１００４との間のデータ通信の例を示した図である。撮像制御装置１００２と放射線撮像装置１００１との間の通信では撮像条件の設定、動作制御の設定、画像転送、到達線量、線量制御信号などの情報が送受信される。また、撮像制御装置１００２と高電圧発生装置１００４との間の通信では、線量情報、照射制御信号、線量制御信号などが送受信される。

更に、放射線撮像装置１００１と高電圧発生装置１００４との間では、放射線撮像装置１００１から線量制御用センサの出力を模擬したアナログ出力信号（線量制御用のアナログ出力信号）が高電圧発生装置１００４に入力される。

放射線撮像装置１００１は、通信媒体として、無線通信部、有線通信部の２つの通信部およびアナログ出力部を有しており、放射線撮像装置１００１は、２つの通信部を使用して撮像制御装置１００２の通信制御部１０２１と接続可能である。また、放射線撮像装置１００１は、アナログ出力部を使用して高電圧発生装置１００４と接続可能である。尚、図２に示した例は、例示的なものであり、撮像制御装置１００２と放射線撮像装置１００１との間の通信、撮像制御装置１００２と高電圧発生装置１００４との間の通信で送受信される情報はこの例に限定されるものではない。

撮像制御装置１００２と高電圧発生装置１００４との間の通信において、線量情報は放射線源１００３からの照射線量であり、到達線量とは、放射線源１００３からの照射線量のうち、放射線撮像装置１００１へ到達した線量を示す。また、撮像制御装置１００２と放射線撮像装置１００１との間の通信において、線量制御信号とは、放射線の照射を停止するための停止信号と放射線の照射を開始するため照射開始信号の２つを含む信号である。

放射線撮像装置１００１が通信媒体として有する有線通信部は、情報伝達のための経路であり、例えば所定の取り決めを持つ通信規格、もしくはＲＳ２３２ＣやＵＳＢ、イーサネット（登録商標）、などの規格を用いたケーブル接続により、情報の送受信を可能とする。また、放射線撮像装置１００１が通信媒体として有する無線通信部は同様に情報伝達のための経路であり、例えば通信用ＩＣなどを備える回路基板を含む。無線通信部は、不図示のアンテナと電気的に接続され、無線電波を送受信する。通信用ＩＣなどを備える回路基板はアンテナを介して無線ＬＡＮに基づいたプロトコルの通信処理を行うことが可能である。尚、無線通信における無線通信の周波数帯、規格や方式には特に限定無くＮＦＣ（Near field radio communication）、Bluetooth（登録商標）などの近接無線やＵＷＢ（Ultra Wideband）などの方式を使用してもよい。また、無線通信部は複数の無線通信の方式を有し、適宜選択して通信を行ってもよい。

放射線撮像装置１００１は、例えば可搬式のカセッテ式のフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ（Flat Panel Detector））として構成することが可能である。図３は可搬型の放射線撮像装置１００１の外観構成を例示的に示す図である。放射線撮像装置１００１は電源投入あるいは遮断のための電源ボタン１００７、電源供給のためのバッテリ部１００８、コネクタ接続部１００９を有する。バッテリ部１００８は取り外し可能に構成されており、バッテリ部１００８のバッテリ本体はバッテリ充電器によって充電可能に構成されている。

放射線撮像装置１００１は、撮像制御装置１００２とセンサケーブル１０１０を使用して接続可能であり、放射線撮像装置１００１はコネクタ接続部１００９を介してセンサケーブル１０１０を接続可能である。センサケーブル１０１０にて放射線撮像装置１００１と撮像制御装置１００２が接続されると、両者の接続は有線通信部を使用した通信に切り替わり、図２に示した放射線撮像装置１００１と撮像制御装置１００２との間の情報通信が有線通信によって実行される。また、接続形態によらずに撮像制御装置１００２より通信部をユーザからの操作により切り替え可能であってもよい。

図４は、本実施形態に係る放射線撮像装置１００１の内部構成例を示す図である。放射線撮像装置１００１は、複数の行および複数の列を構成するように撮像領域１００に配列された複数の画素を有する。複数の画素は、放射線を検知して検知した放射線に基づいて放射線画像を取得するための複数の撮像画素１０１と、放射線源から照射された放射線の線量を検出する線量検出画素１２１（検出部）とを含む。撮像画素１０１は、放射線を電気信号に変換する第１変換素子１０２と、列信号線１０６と第１変換素子１０２との間に配置された第１スイッチ１０３とを含む。線量検出画素１２１は、放射線を電気信号に変換する第２変換素子１２２と、検知信号線１２５と第２変換素子１２２との間に配置された第２スイッチ１２３とを含む。

第１変換素子１０２および第２変換素子１２２は、放射線を光に変換するシンチレータおよび光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一般的には、撮像領域１００を覆うようにシート状に形成され、複数の画素によって共有されうる。あるいは、第１変換素子１０２および第２変換素子１２２は、放射線を直接に光に変換する変換素子で構成されうる。

第１スイッチ１０３および第２スイッチ１２３は、例えば、非晶質シリコンまたは多結晶シリコン（好ましくは多結晶シリコン）などの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含みうる。

放射線撮像装置１００１は、複数の列信号線１０６および複数の駆動線１０４を有する。各列信号線１０６は、撮像領域１００における複数の列のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、撮像領域１００における複数の行のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、行選択部２２１（駆動部）によって駆動信号が供給され駆動される。

第１変換素子１０２の第１電極は、第１スイッチ１０３の第１主電極に接続され、第１変換素子１０２の第２電極は、バイアス線１０８に接続される。ここで、１つのバイアス線１０８は、列方向に延びていて、列方向に配列された複数の第１変換素子１０２の第２電極に共通に接続される。バイアス線１０８は、電源部２２６からバイアス電圧Ｖｓを受ける。１つの列を構成する複数の撮像画素１０１の第１スイッチ１０３の第２主電極は、１つの列信号線１０６に接続される。１つの行を構成する複数の撮像画素１０１の第１スイッチ１０３の制御電極は、１つの駆動線１０４に接続される。

複数の列信号線１０６は、読出し部２２２に接続される。ここで、読出し部２２２は、複数の検知部１３２と、マルチプレクサ１３４と、アナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）１３６とを含みうる。複数の列信号線１０６のそれぞれは、読出し部２２２の複数の検知部１３２のうち対応する検知部１３２に接続される。ここで、１つの列信号線１０６は、１つの検知部１３２に対応する。検知部１３２は、例えば、差動増幅器を含む。マルチプレクサ１３４は、複数の検知部１３２を所定の順番で選択し、選択した検知部１３２からの信号をＡＤ変換器１３６に供給する。ＡＤ変換器１３６は、供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。

第２変換素子１２２の第１電極は、第２スイッチ１２３の第１主電極に接続され、第２変換素子１２２の第２電極は、バイアス線１０８に接続される。第２スイッチ１２３の第２主電極は、検知信号線１２５に電気的に接続される。第２スイッチ１２３の制御電極は、駆動線１２４に電気的に接続される。放射線撮像装置１００１は、複数の検知信号線１２５を有しうる。１つの検知信号線１２５には、１または複数の線量検出画素１２１が接続されうる。駆動線１２４は、駆動部２４１によって駆動される。１つの駆動線１２４には、１または複数の線量検出画素１２１が接続されうる。

検知信号線１２５は、読出し部２４２（ＡＥＣセンサ読出し部）に接続される。ここで、読出し部２４２（ＡＥＣセンサ読出し部）は、複数の検知部１４２と、マルチプレクサ１４４と、ＡＤ変換器１４６とを含みうる。複数の検知信号線１２５のそれぞれは、読出し部２４２の複数の検知部１４２のうち対応する検知部１４２に接続されうる。ここで、１つの検知信号線１２５は、１つの検知部１４２に対応する。検知部１４２は、例えば、差動増幅器を含む。マルチプレクサ１４４は、複数の検知部１４２を所定の順番で選択し、選択した検知部１４２からの信号をＡＤ変換器１４６に供給する。ＡＤ変換器１４６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。

読出し部２４２（ＡＥＣセンサ読出し部）のＡＤ変換器１４６の出力は、信号処理部２２４に供給され、信号処理部２２４によって処理される。信号処理部２２４は、読出し部２４２のＡＤ変換器１４６の出力に基づいて、放射線撮像装置１００１に対する放射線の照射を示す情報を出力する。本実施形態の放射線撮像装置１００１の信号処理部２２４は、線量検出画素１２１（検出部）の検出の結果に対する第１の処理（デジタル信号処理）に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に停止信号を出力するデジタル処理部４０１と、デジタル処理部４０１によって第１の処理（デジタル信号処理）が施された信号に対して第２の処理（アナログ変換処理）を施した信号を出力するアナログ変換処理部４０２（変換処理部）と、を有する。

デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、第１の処理として、線量検出画素１２１（検出部）の検出結果にデジタル信号処理を施した信号を生成する。デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、生成した信号を放射線源１００３との同期制御信号として出力することが可能である。デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、生成した信号に基づいて、例えば、放射線撮像装置１００１に対する放射線の照射を検知したり、放射線の照射線量や積算照射量（積算線量）を演算するように構成されている。デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、線量検出画素１２１（検出部）による検出の結果に対する第１の処理（デジタル信号処理）に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に停止信号（第１停止信号）を出力することが可能である。放射線の線量検知の用途で使用するため、線量検出画素１２１を構成する第２変換素子１２２は、放射線画像を取得するための撮像画素を構成する第１変換素子１０２に対して、例えば、数％以下の配置数に構成することが可能である。また、第２変換素子１２２は、種々の撮像部位を撮像することができるように多様な計測に対応するために、撮像領域１００の全面に分布するように配置することが可能である。第２変換素子１２２の分布は、撮像領域１００の面内に均一に分布させたり、関心領域が集中する撮像領域１００の中央部、あるいは、照射エリア検知などに使用するために撮像領域１００の周辺部の密度を上げるような分布にするなど種々の分布形式が可能である。

アナログ変換処理部４０２（変換処理部）は、第２の処理として、デジタル処理部４０１（第１の処理部）で生成された信号にアナログ変換処理を施した信号を生成する。アナログ変換処理部４０２（変換処理部）は、デジタル処理部４０１により算出された照射線量をアナログ変換して、線量制御用センサの出力を模擬したアナログ出力信号（線量制御用のアナログ出力信号）を生成して出力する。すなわち、アナログ変換処理部４０２（変換処理部）は、デジタル処理部４０１（第１の処理部）によって第１の処理（デジタル信号処理）が施された信号に対して第２の処理（アナログ変換処理）を施した信号を出力することが可能である。

制御部２２５は、信号処理部２２４からの情報に基づいて、行選択部２２１、駆動部２４１および読出し部２４２を制御する。制御部２２５は、信号処理部２２４からの情報に基づいて、例えば、撮像画素１０１による照射された放射線に対応する電荷の蓄積の開始および終了を制御する。また、放射線撮像装置１００１は、撮像制御装置１００２との通信を担う通信部２２７を有する。通信部２２７は、デジタル信号の信号経路（第１の信号経路）を介して信号を出力するための有線通信部と無線通信部の２つの通信部、および、アナログ信号の信号経路（第２の信号経路）を介して線量制御用センサの出力を模擬したアナログ出力信号（線量制御用のアナログ出力信号）を出力するアナログ出力部を有する。すなわち、通信部２２７は、デジタル処理部４０１（第１の処理部）から出力される信号をデジタル信号経路（第１の信号経路）を介して出力し、アナログ変換処理部４０２（変換処理部）から出力される信号をアナログ信号経路（第２の信号経路）を介して出力する。

図５を用いて、本実施形態の放射線撮像システム１０００の構成を説明する。高電圧発生装置１００４中の放射線発生制御部１０４２には、放射線源１００３からの信号、および操作信号処理部１０４１からの信号が入力される。放射線源１００３からは陽極回転の安定状態を表す信号や温度状態を表す信号が放射線発生制御部１０４２に入力される。操作信号処理部１０４１には操作スイッチ４６が接続されており操作者のスイッチ操作の入力信号が放射線発生制御部１０４２へ入力される。

また、放射線発生制御部１０４２には、信号選択部１０４３、信号積算判定部１０４４または信号処理部１０４５を介して、放射線撮像装置１００１および撮像制御装置１００２から露光状態に関する信号が入力される。

アナログ変換処理部４０２（変換処理部）および信号積算判定部１０４４（積算判定部）は、本実施形態の放射線撮像システム１０００において、第２の処理部を構成する。第２処理部は、デジタル処理部４０１（第１の処理部）によって第１の処理（デジタル信号処理）が施された信号に対する第２の処理（アナログ変換処理）に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に停止信号（第２停止信号）を出力する。ここで、アナログ変換処理部４０２（変換処理部）は、デジタル処理部４０１（第１の処理部）によって第１の処理（デジタル信号処理）が施された信号に対して第２の処理（アナログ変換処理）を施した信号を出力し、信号積算判定部１０４４は、アナログ変換処理部４０２（変換処理部）から出力された信号を積算処理した線量情報が閾値を超えるか否かを判定する。第２の処理部は、信号積算判定部１０４４（積算判定部）によって線量情報が閾値を超えたと判定された場合に、停止信号（第２停止信号）を出力する。

放射線発生制御部１０４２は、デジタル処理部４０１（第１の処理部）または第２の処理部から出力される第２停止信号に基づいて、放射線源１００３を制御する。すなわち、放射線発生制御部１０４２は、第１停止信号または第２停止信号に基づいて、放射線の照射を停止するように放射線源１００３を制御する。

信号選択部１０４３（選択部）へは、信号積算判定部１０４４（積算判定部）から、アナログ信号経路（第２の信号経路）を介して入力される放射線１１０３の停止信号（第２停止信号）と、信号処理部１０４５から、デジタル信号経路（第１の信号経路）を介して入力される放射線１１０３の停止信号（第１停止信号）とが入力される。いずれか先に入力された停止信号が信号選択部１０４３（選択部）により選択され、選択された停止信号が放射線発生制御部１０４２へ伝達される。すなわち、信号選択部１０４３（選択部）は、入力された第１停止信号または第２停止信号を選択する。このとき、信号選択部１０４３（選択部）は、第１停止信号および第２停止信号のうち、いずれか先に信号選択部１０４３（選択部）に入力された信号を選択する。

放射線発生制御部１０４２は、それぞれの入力の状態を確認しながら放射線の発生の制御を行う。放射線発生制御部１０４２は、入力された露光状態に関する信号に基づいて、放射線源１００３から照射する放射線の照射制御を行う。すなわち、放射線発生制御部１０４２は、信号選択部１０４３（選択部）により選択された信号に基づいて、放射線の照射を停止するように放射線源１００３を制御する。

また、放射線撮像装置１００１は、撮像制御装置１００２の中継器１０２３、信号処理部１０２４を介して、高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５との間で通信を行うことが可能である。放射線撮像装置１００１からは撮像準備状態を表す信号が、撮像制御装置１００２の中継器１０２３および信号処理部１０２４を介して、信号処理部１０４５に入力される。信号処理部１０４５は、入力された撮像準備状態を表す信号を放射線発生制御部１０４２に入力する。ここで、放射線撮像装置１００１と撮像制御装置１００２との間の通信が無線通信の場合、中継器１０２３はアクセスポイントとして機能し、有線通信の場合、中継器１０２３はスイッチングハブとして機能する。中継器１０２３には、更に通信制御部１０２１が接続されており、通信制御部１０２１の機能はＰＣ（情報処理装置）などのプラットフォーム上で動作するアプリケーションソフトで実現されている。

本実施形態では、アナログ信号およびデジタル信号による２種類の線量制御のための信号経路を有する。一つの信号経路は、線量制御のためのアナログ信号の信号経路（第２の信号経路）であり、放射線撮像装置１００１の通信部２２７から高電圧発生装置１００４中の信号積算判定部１０４４に接続される。このアナログ信号は、線量制御用センサ１０１１の出力を模擬した出力信号である（線量制御用のアナログ出力信号）。この接続形態は、線量制御用センサ１０１１のアナログ出力信号を処理するための高電圧発生装置１００４の処理回路を使用できるため、高電圧発生装置１００４の処理回路を何ら変更する必要がない接続形態である。尚、線量制御用センサ１０１１とは、イオンチャンバ方式、光ファイバに蛍光体を塗布してイメージインテンシファイアにて検知する方式、薄膜半導体センサを使用する方式などの線量制御用センサである。この信号経路は、後述の通り、線量制御用の回路構成を高電圧発生装置１００４に有する構成となっている。

図５に示すように、線量制御用センサ１０１１には、５つの採光野１０１２が設定されている。尚、採光野１０１２の設定は例示的なものであり、実施形態の趣旨はこの例に限定されるものではない。図５に示す例では、５つのエリアに応じた採光野１０１２は放射線撮像装置１００１の複数の線量検出画素１２１のそれぞれに対応している。操作者は、高電圧発生装置１００４上の図示しないユーザインターフェース（設定部）上で、決められた照射エリアパターンから採光野１０１２を選択することが可能である。操作者の操作入力に基づいて、ユーザインターフェース（設定部）は放射線源の照射エリアを設定する。放射線源の照射エリアが設定されると、放射線撮像装置１００１の制御部２２５（特定部）は、撮像領域１００に配列されている複数の線量検出画素１２１（検出部）の中から、設定された照射エリアに対応する位置に配列されている線量検出画素１２１（検出部）を特定することが可能である。また、撮像制御装置１００２の制御部１０２２（取得部）は、ＬＡＮ１００５を介して、ＨＩＳ(Hospital Information System)/ＲＩＳ(Radiology Information System)などの撮像オーダシステムの情報により被検者の撮像部位の情報を取得することが可能である。制御部１０２２（取得部）によって、被検者の撮像部位の情報が取得されると、放射線撮像装置１００１の制御部２２５（特定部）は、撮像領域１００に配列されている複数の線量検出画素１２１（検出部）の中から、被検者の撮像部位に対応する位置に配列されている線量検出画素１２１（検出部）を特定することが可能である。放射線撮像装置１００１のデジタル処理部４０１（第１の処理部）は、特定された線量検出画素１２１（検出部）の検出結果に基づいて線量情報を取得する。また、放射線撮像装置１００１のアナログ変換処理部４０２（変換処理部）は、各採光野に対応した位置において、線量制御用センサの出力を模擬したアナログ出力信号（線量制御用のアナログ出力信号（停止信号（第２停止信号）））を生成し、出力する。

ここで図６、図７（ａ）を用いて、アナログ信号経路から入力された信号に基づく放射線撮像システム１０００の通常動作例を説明する。アナログ信号経路では以下に述べる構成および動作により、放射線１１０３の照射に対して、より高速に応答することが可能であるメリットがある。逆にアナログ信号であるために、回路ノイズや誤差の影響、また、外来ノイズの影響を受けやすいという側面もある。

放射線１１０３が照射されると、線量検出画素１２１に放射線による信号電荷が発生する。線量検出画素１２１により蓄積された電荷が図６のＡＤ変換器１４６（ＡＤＣ）にてデジタル変換される。ＡＤ変換された線量情報は、デジタル処理部４０１（第１の処理部）内で、先の各採光野１０１２内に存在する線量検出画素１２１の出力値を所定時間単位で重みづけ加算される。そして、重みづけ加算された線量情報は、アナログ変換処理部４０２（変換処理部）でＤＡ変換処理（アナログ変換処理）され、出力される。５つの採光野１０１２毎に、線量制御用のアナログ出力信号（停止信号（第２停止信号））として、アナログ電流７０１が出力される（図５および図６のＡ点）。

図６では一系統のみの信号処理の流れを説明しているが、信号処理部２２４は、５つの採光野１０１２に応じた５系統の出力を処理することも可能である。また、高電圧発生装置１００４上のユーザインターフェース（設定部）上での選択結果やＨＩＳ/ＲＩＳなどの撮像オーダシステムの情報から取得した被検者の撮像部位の情報に基づいて、信号処理部２２４は、５つの採光野１０１２のうち、必要な線量制御用のアナログ出力信号（停止信号（第２停止信号））を選択的に出力することも可能である。高電圧発生装置１００４の信号積算判定部１０４４は、信号処理部２２４から出力された信号の処理を行う。信号積算判定部１０４４の信号積算部４４５は、入力されたアナログ電流７０１（図６のＡ点のアナログ電流）を積分し、積分処理されたアナログ電流を出力する。信号積算部４４５により積分処理されたアナログ電流は、積算出力電圧７０２（図７（ａ））の波形のように徐々に出力電圧(絶対値)が増加する。積算出力電圧７０２は、図６におけるＢ点の出力電圧を示す。

信号積算判定部１０４４の判定部４４６は、信号積算部４４５により積分処理されたアナログ電流と閾値７４７との比較判定処理を行い、積算出力電圧７０２が閾値７４７を超えた時点で、判定部４４６からの出力電圧７０６（図６におけるＣ点の電圧）は変化する。判定部４４６からの出力が変化することにより、判定部４４６は放射線１１０３の積算線量が所定の線量に到達したと判定する。信号積算判定部１０４４の増幅部４４８は、判定部４４６からの出力電圧の変化を適切にレベル変換して出力する。信号積算判定部１０４４の出力信号は、信号選択部１０４３を経由して、放射線発生制御部１０４２に伝達される。放射線発生制御部１０４２は信号選択部１０４３の出力信号に基づいて、放射線１１０３の照射を停止するように放射線源１００３を制御し、放射線照射を停止させる。放射線１１０３は、放射線発生制御部１０４２の制御に基づいて、照射状態から非照射状態になる。放射線１１０３が照射状態から非照射状態になると、アナログ電流７０１（図６のＡ点のアナログ電流はゼロに遷移する。

次に、放射線到達線量が微弱であった場合の放射線撮像システム１０００の動作例を図７（ｂ）を用いて説明する。線量検出画素１２１に到達する単位時間当たりの放射線が少量の場合は、線量検出画素１２１により検出される信号は微弱な信号となる。図７（ａ）と同様に、５つの採光野１０１２毎に、線量制御用のアナログ出力信号（停止信号（第２停止信号））として、アナログ電流７０１が出力される（図５および図６のＡ点）。図７（ｂ）の場合では、放射線量が微弱であるためアナログ電流７０１の波形を縦軸方向に拡大して表示する。図７（ｂ）に示すアナログ電流７０１の波形を拡大表示したように、システムノイズやアナログ回路オフセット、外部からの電磁波ノイズ等によってアナログ電流の出力が安定しない場合が生じ得る。この現象は微弱なアナログ信号の信号経路が長ければ長いほど発生しやすくなる。この場合、積算出力電圧７０２（Ｂ点）は図７（ａ）のように増加傾向を示さず、放射線１１０３の照射状態は継続しているにもかかわらず、積算出力電圧７０２（Ｂ点）は閾値に到達しない場合が生じ得る。

この場合、アナログ信号経路（第２の信号経路）から高電圧発生装置１００４の信号積算判定部１０４４に入力される、線量制御用のアナログ出力信号（停止信号（第２停止信号））に基づいて、放射線発生制御部１０４２は放射線照射を停止するように制御を行うことができない。本実施形態の放射線撮像システム１０００では、アナログ信号に基づいて照射停止を制御することができない場合であっても、線量制御のためのデジタル信号の信号経路から入力された信号に基づいて、放射線発生制御部１０４２は放射線照射を停止するように制御することが可能である。あるいは、高電圧発生装置１００４にある図示しないユーザインターフェース上の照射時間設定により設定されたタイムアウト時間に従い放射線発生制御部１０４２は放射線照射を停止するように制御することが可能である。

尚、図５ではアナログ信号経路（第２の信号経路）を放射線撮像装置１００１から高電圧発生装置１００４へ接続しているが、デジタル信号の信号経路と同様に撮像制御装置１００２を経由するように信号経路を構成してもよい。あるいは、放射線撮像装置１００１のアナログ変換処理部４０２を撮像制御装置１００２内に構成することも可能である。本実施形態では、線量制御のために使用するため、信号経路は放射線の照射停止を制御するための信号を、例えば、数ｍｓで伝達可能に構成されている。この観点によれば、アナログ信号の信号経路は有線接続により構成することが可能である。また、信号経路の確認や予測制御などを行うことにより、信頼性、応答性を確保することにより無線通信を使用して、アナログ信号の信号経路を構成することも可能である。

次に、線量制御のためのデジタル信号経路（第１の信号経路）を説明する。この信号経路は、高電圧発生装置１００４と放射線撮像装置１００１との間で撮像準備のハンドシェーク信号を伝達する専用デジタル信号経路、もしくは、それ相当の信号経路および回路を利用する。図８および図９を用いて放射線撮像時のハンドシェーク動作を説明する。

図９(ａ)に示す通常動作シーケンスの場合、操作者による操作スイッチ４６の操作により、放射線発生制御部１０４２は、放射線発生のための準備を行う。放射線源１００３の陽極回転速度の安定やその他内部回路の準備が整った時点で、放射線発生制御部１０４２から入力される信号に基づいて、高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５は、撮像準備の要求信号９０１を要求レベルの信号として出力する（図８、図９（ａ））。

高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５から出力された撮像準備の要求信号９０１（要求レベル）は、撮像制御装置１００２の信号処理部１０２４を経由して、放射線撮像装置１００１に伝達される。その後、撮像準備が完了した時点で、放射線撮像装置１００１は、撮像準備完了を示す信号を出力し、放射線撮像装置１００１から入力される信号に基づいて、撮像制御装置１００２の信号処理部１０２４は、撮像準備の完了信号９０２を準備完了レベルとした信号を出力する（図９（ａ））。撮像準備の完了信号９０２（準備完了レベル）は、高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５を介して、放射線発生制御部１０４２へ入力される。ここで、放射線撮像装置１００１から出力される撮像準備完了を示す信号は、放射線の照射を開始するため照射開始信号に対応する。放射線発生制御部１０４２は、その他の信号状態を監視し、準備状態が整っていることを確認の上、放射線１１０３を照射する。ここで、放射線発生制御部１０４２は操作者により設定された放射線照射時間に基づいて放射線照射を停止するように制御することが可能である。放射線１１０３は、放射線発生制御部１０４２の制御（照射停止制御）に基づいて、照射状態から非照射状態になる（図９（ａ））。

そして、放射線発生制御部１０４２から入力される信号に基づいて、高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５は、撮像準備の要求信号９０１を非要求レベルに変更して出力する（非要求出力）。すなわち、放射線発生制御部１０４２から入力される信号に基づいて、信号処理部１０４５は、撮像準備の要求信号９０１を非要求レベルとした信号（撮像準備の要求信号９０１（非要求レベル））を出力する。高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５から出力された撮像準備の要求信号９０１（非要求レベル）は、撮像制御装置１００２の信号処理部１０２４を経由して、放射線撮像装置１００１に伝達される。放射線撮像装置１００１は、撮像準備の要求信号９０１（非要求レベル）の信号に呼応して、放射線撮像装置１００１の状態を撮像準備完了の状態から準備非完了の状態へ遷移させる。

次に、図９(ｂ)を用いて、設定された放射線照射時間の経過前に十分な到達線量が検知された場合の動作シーケンスを説明する。放射線１１０３を実際に照射するまでは図９（ａ）と同じ動作シーケンスとなる。この後、後述する方法にて放射線撮像装置１００１の内部にて十分な到達線量が検知された場合、放射線撮像装置１００１から出力された信号に基づいて、信号処理部１０２４は、撮像準備の要求信号９０１が要求レベルの状態であっても、撮像準備の完了信号９０２を、準備完了レベルから準備非完了レベルの状態（非完了レベル）へ遷移させた信号を出力する。ここで、放射線撮像装置１００１の内部にて十分な到達線量が検知された場合、放射線撮像装置１００１から出力される信号は、第１の処理（デジタル信号処理）に基づいて取得された線量情報が閾値を超えた場合にデジタル処理部４０１（第１の処理部）から出力される停止信号（第１停止信号）に対応する。図９（ｂ）に示す場合では、放射線撮像装置１００１の内部にて十分な到達線量が検知された場合、設定された放射線照射時間の経過前に、準備完了レベルから準備非完了レベルの状態（非完了状態）へ遷移する。撮像準備の完了信号９０２（非完了レベル）が、信号処理部１０２４から高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５に入力される。撮像準備の要求信号９０１が要求レベルの状態であり、かつ、撮像準備の完了信号９０２が非完了レベルの状態である場合、信号処理部１０４５は、信号処理部１０２４からから入力された撮像準備の完了信号９０２（非完了状態）を、デジタル信号経路における放射線１１０３の停止信号として信号選択部１０４３へ出力する（図８）。すなわち、デジタル処理部４０１（第１の処理部）から出力される停止信号（第１停止信号）は、撮像制御装置１００２の中継器１０２３および信号処理部１０２４、高電圧発生装置１００４の信号処理部１０４５を介して、信号選択部１０４３へ入力される。

図９（ｂ）の場合、例えば、アナログ信号経路（第２の信号経路）を介した停止信号（第２停止信号）よりも先にデジタル処理部４０１（第１の処理部）から出力された停止信号（第１停止信号）が信号選択部１０４３に入力された場合、信号選択部１０４３へ先に入力された停止信号（第１停止信号）に基づいて、放射線発生制御部１０４２は、撮像準備の完了信号９０２が準備完了から準備非完了の状態へ遷移したことを検知する。すなわち、放射線発生制御部１０４２は、線量情報（積算線量）が所定の線量に到達したことを検知し、放射線１１０３の照射を停止するように放射線源１００３を制御する。

尚、図９では論理回路の信号形式にて信号を表現しているが、撮像準備の要求信号９０１および撮像準備の完了信号９０２に関して、高電圧発生装置１００４と放射線撮像装置１００１との間の通信はコマンド通信によって実現することも可能である。本実施形態では、照射時のハンドシェーク動作とともに、放射線の線量制御のために使用するため、信号経路は放射線の照射停止を制御するための信号を、例えば、数ｍｓで伝達可能に構成されている。この観点で、信号処理部に使用するデバイスは、例えば、フォトカプラ、フォトモスリレーなどを使用することが可能である。また、コマンド通信は、例えば、有線による100BaseTX/1000BaseTなどで通信時間や遅延時間を保証できる通信方式を使用することが可能である。信頼性、応答性を確保することにより無線通信を使用した信号経路を構成することも可能である。

次に、図１０を用いて、放射線撮像装置１００１における線量の検知例に関して説明する。図１０(ａ)は胸部撮像時の画像と採光野１０１２(各採光野１０１３〜１０１７)の位置関係を例示する図である。胸部撮像の場合、通常、図１０(ａ)中の灰色で示した肺野部１０１９に対応する領域の線量を制御する。操作者は、肺野部１０１９に対応する採光野として、採光野１０１５および採光野１０１６の２つの採光野を使用して放射線を検知するよう選択する。デジタル信号経路（第１の信号経路）での検出エリアも、この選択結果に基づいて、放射線撮像装置１００１内のデジタル処理部４０１は、２つの採光野に対応する線量検出画素１２１からの出力信号に基づいて、放射線の照射線量および線量情報（積算線量）をそれぞれ算出するように構成することが可能である。この場合、一方もしくは両方の採光野に対応した、線量検出画素１２１からの出力電圧の線量情報（積算線量）が予め操作者により設定された閾値を超えた場合、デジタル処理部４０１は、撮像準備の要求信号９０１が要求状態であっても、撮像準備の完了信号９０２を、準備完了から準備非完了の状態（非完了状態）へ遷移させて出力する。すなわち、デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、第１の処理（デジタル信号処理）に基づいて取得された線量情報が閾値を超えた場合に停止信号（第１停止信号）を出力する。

準備非完了の状態（非完了状態）を表す信号（停止信号（第１停止信号））が、撮像制御装置１００２の中継器１０２３および信号処理部１０２４を介して、信号処理部１０４５に入力される。撮像準備の要求信号９０１が要求状態であり、かつ、撮像準備の完了信号９０２が非完了状態である場合、信号処理部１０４５は、準備非完了の状態（非完了状態）を表す信号（停止信号（第１停止信号））を、信号選択部１０４３へ出力する。放射線発生制御部１０４２は、信号選択部１０４３を経由して入力された準備非完了の状態（非完了状態）を表す信号に基づいて、撮像準備の完了信号９０２が準備非完了の状態へ遷移したことを検知すると、放射線１１０３の照射を停止するように放射線源１００３を制御する。

図１０(ｂ)では、デジタル信号経路での検知エリアを採光野１０１７と設定している。この例では、デジタル処理部４０１（第１の処理部）が、関心領域内の最低線量が画質品質を満たす線量に到達したことを検知して、準備非完了の状態（非完了状態）を示す信号（停止信号（第１停止信号））を出力する。すなわち、デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、第１の処理（デジタル信号処理）に基づいて取得した線量情報が、閾値として関心領域内の画質を満たすために設定された線量を超えた場合に準備非完了の状態（非完了状態）を示す信号（停止信号（第１停止信号））を出力する。デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、採光野１０１７に対応する線量検出画素１２１からの出力電圧をデジタル信号処理をして積算しながら画像（縮小画像）を生成する。デジタル処理部４０１はノイズ低減処理を施しながら生成した画像（縮小画像）の最小画素値が予め定められた閾値以上になった場合、関心領域内の最低線量が画質品質を満たす線量に到達したと判定する。デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、採光野１０１７に対応した、線量検出画素１２１からの出力電圧の積算値が画質品質を満たす線量に到達した場合、デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、撮像準備の要求信号９０１が要求状態であっても、撮像準備の完了信号９０２を、準備完了から準備非完了の状態（非完了状態）へ遷移させて出力する。すなわち、デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、第１の処理（デジタル信号処理）に基づいて取得された線量情報が閾値を超えた場合に停止信号（第１停止信号）を出力する。図１０（ａ）の場合と同様に、準備非完了の状態（非完了状態）を表す信号（停止信号（第１停止信号））が、撮像制御装置１００２の中継器１０２３および信号処理部１０２４を介して、信号処理部１０４５に入力される。

撮像準備の要求信号９０１が要求状態であり、かつ、撮像準備の完了信号９０２が非完了状態である場合、信号処理部１０４５は、入力された撮像準備の完了信号９０２（非完了状態）を、デジタル信号経路における放射線１１０３の停止信号として信号選択部１０４３へ出力する。放射線発生制御部１０４２は、信号選択部１０４３を入力された準備非完了の状態（非完了状態）を表す信号に基づいて、撮像準備の完了信号９０２が準備非完了の状態へ遷移したことを検知すると、放射線１１０３の照射を停止するように放射線源１００３を制御する。デジタル処理部４０１（第１の処理部）は、閾値となる画素値として、例えば、画像のＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)を満たすピクセル値に基づいて算出された値を設定することが可能である。

次に図１０(ｃ)を用いて、図１０(ｂ)の方式が有用な場合に関して説明する。図１０(ｃ)では、被写体が撮像領域に比べて小さい場合の例を示す図であり、予め定めた採光野１０１２群のエリアが、実際に線量を制御したい肺野部１０２６に対応する領域からかなりずれている。この例では、採光野１０１５および採光野１０１６に肺野部１０２６でない低線量エリアもかなり入っているため、アナログ信号の線量制御では肺野エリアの目標線量に対して多目の線量を照射しないと閾値を超えない。一方で、採光野１０１７内の最低線量が画質品質を満たす線量に到達したことをデジタル処理部４０１が検知する図１０（ｂ）に示す線量制御によれば、図１０（ｃ）に示すような事例でも良好な画質品質を満たすとともに、過剰な照射を抑制して、低線量化を実現することが可能になる。

尚、照射エリア外１０２５や図示しない体内金属領域は十分な放射線は到達しないし、放射線が到達する必要がないエリアである。この領域が最低線量を検出するための採光野１０１７のエリアに入ると、図１０（ｂ）で説明したような最低線量検出方式では線量抑制ができない。このため、本実施形態の放射線撮像システム１０００は、採光野１０１７に対応した関心領域を、操作者の指示に基づいた撮像部位の情報や放射線発生制御部１０４２からの照射エリアの情報に基づいて設定可能である。また、照射エリア外１０２５や図示しない体内金属部に関して、本実施形態の放射線撮像システム１０００は、過去画像からの事前の設定、もしくは、画像（縮小画像）生成時の分割領域を金属に対して大きく設定しメディアンフィルタを施したり、幾何学的な領域をリアルタイムに演算から除外する画像処理を施すことにより、適切な最低線量の算出を行うことが可能である。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００１：放射線撮像装置、１００２：撮像制御装置、１０２１：通信制御部、１０２２：制御部、１００３：放射線源、１００４：高電圧発生装置、１０４２：放射線発生制御部、１０４３：信号選択部

Claims (15)

1. 放射線源から照射された放射線の線量を検出する検出手段と、
   前記検出の結果にデジタル信号処理を施した信号を生成する第１の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第１停止信号を出力する第１の処理手段と、
   前記第１の処理が施された信号にアナログ変換処理を施した信号を生成する第２の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第２停止信号を出力する第２の処理手段と、
   前記第１停止信号または前記第２停止信号に基づいて、前記放射線の照射を停止するように前記放射線源を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
2. 前記第２の処理手段は、
   前記第１の処理手段によって前記第１の処理が施された信号に対して前記第２の処理を施した信号を出力する変換処理手段と、
   前記変換処理手段から出力された信号を積算処理した線量情報が閾値を超えるか否かを判定する積算判定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像システム。
3. 前記第１の処理手段から出力される信号を第１の信号経路を介して出力し、前記変換処理手段から出力される信号を第２の信号経路を介して出力する通信手段を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像システム。
4. 前記第２の処理手段は、前記積算判定手段によって前記線量情報が前記閾値を超えたと判定された場合に、前記第２停止信号を出力することを特徴とする請求項２または３に記載の放射線撮像システム。
5. 前記第１停止信号または前記第２停止信号を選択する選択手段を更に備え、
   前記選択手段は、前記第１停止信号および前記第２停止信号のうち、いずれか先に前記選択手段に入力された信号を選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
6. 前記制御手段は、前記選択手段により選択された信号に基づいて、前記放射線の照射を停止するように前記放射線源を制御することを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像システム。
7. 前記第１の処理手段は、前記生成した信号を前記放射線源との同期制御信号として出力することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
8. 前記放射線源の照射エリアを設定する設定手段と、
   撮像領域に配列されている複数の前記検出手段の中から、前記設定された照射エリアに対応する位置に配列されている検出手段を特定する特定手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
9. 被検者の撮像部位の情報を取得する取得手段を更に備え、
   前記特定手段は、前記撮像領域に配列されている複数の前記検出手段の中から、前記被検者の撮像部位に対応する位置に配列されている検出手段を特定することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像システム。
10. 前記第１の処理手段は、前記特定された前記検出手段の検出結果に基づいて前記線量情報を取得することを特徴とする請求項８または９に記載の放射線撮像システム。
11. 前記第１の処理手段は、前記第１の処理に基づいて取得した線量情報が、前記閾値として関心領域内の画質を満たすために設定された線量を超えた場合に第１停止信号を出力することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
12. 放射線源から照射された放射線の線量を検出する検出手段と、
    前記検出の結果にデジタル信号処理を施した信号を生成する第１の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第１停止信号を出力する処理手段と、前記処理手段によって前記第１の処理が施された信号にアナログ変換処理を施した信号を生成する第２の処理を施した信号に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第２停止信号を出力する変換処理手段と、を有する信号処理手段と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
13. 前記処理手段から出力される信号を第１の信号経路を介して出力し、前記変換処理手段から出力される信号を第２の信号経路を介して出力する通信手段を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮像装置。
14. 放射線源から照射された放射線の線量を検出手段が検出する工程と、
    前記検出の結果にデジタル信号処理を施した信号を生成する第１の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第１停止信号を出力する工程と、
    前記第１の処理が施された信号にアナログ変換処理を施した信号を生成する第２の処理に基づいて取得した線量情報が閾値を超えた場合に第２停止信号を出力する工程と、
    前記第１停止信号または前記第２停止信号に基づいて、前記放射線の照射を停止するように前記放射線源を制御する工程と、
    を有することを特徴とする放射線撮像方法。
15. コンピュータに、請求項１４に記載の放射線撮像方法の各工程を実行させるためのプログラム。