JP5775812B2 - 放射線画像検出装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像検出装置およびその駆動方法に関する。

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、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とともにＸ線画像に各種画像処理を施すコンソールを有している。

最近のＸ線撮影システムの分野では、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）を検出パネルとして用いたＸ線画像検出装置が普及している。ＦＰＤには、Ｘ線の到達線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し、蓄積した信号電荷を信号処理回路で電圧信号に変換することで、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電子カセッテ（可搬型のＸ線画像検出装置）も実用化されている。電子カセッテは、撮影台に据え付けられて取り外し不可なタイプと違って、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の既存の撮影台や専用の撮影台に着脱可能に取り付けて使用される他、据え付け型では撮影困難な部位を撮影するためにベッド上に置いたり被検体自身に持たせたりして使用される。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。

特許文献１、２には、一つの画素を開口面積が大きいフォトダイオード（主画素）と小さいフォトダイオード（副画素）とで構成し、それぞれ別個に蓄積電荷を読み出すことが可能なＦＰＤが記載されている。主画素および副画素からの蓄積電荷を混合または加算して一つの画素の画像信号とすることで、画素のダイナミックレンジを広げることができる。

ところで、ＦＰＤではＸ線画像へのノイズの影響を最小にするために、暗電流や前回の撮影の残留電荷等による画素の不要蓄積電荷を掃き出すリセット動作を定期的に行っている。従って一般的にＦＰＤを有するＸ線画像検出装置の場合、Ｘ線の照射開始タイミングと、リセット動作を終了して蓄積動作を開始するタイミングとの同期をとる必要があり、例えば線源制御装置とＸ線画像検出装置に相互通信可能なインターフェース（Ｉ／Ｆ）を設け、線源制御装置がＸ線の照射を開始するタイミングを照射開始信号としてＸ線画像検出装置に送り、Ｘ線画像検出装置では照射開始信号をトリガに蓄積動作に移行する処理が行われる。

また、被検体を透過したＸ線の線量を検出する線量検出センサを設けて、線量検出センサで検出した線量の積算値（累積線量）が予め設定した閾値に達したらＸ線源によるＸ線の照射を停止させ、Ｘ線画像検出装置では蓄積動作から読み出し動作に移行させる自動露出制御（ＡＥＣ；Automatic Exposure Control）も行われている。

さらに、線源制御装置との間に通信機能がない場合に対応するため、線量検出センサで検出した線量の積算値が閾値に達したらＸ線の照射開始および／または終了と判断し、照射開始と判断したときには蓄積動作を開始し、照射終了と判断したときには蓄積動作から読み出し動作に移行する機能をもつＸ線画像検出装置もある。

特許文献３には、配列画素の一部を線量検出センサとして利用するＸ線診断装置が記載されている。Ｘ線の照射中に線量検出用の画素から信号を繰り返し読み出し、該信号に基づいてＡＥＣを行っている。線量検出用の画素の信号は読み出す毎に加算されてメモリに記憶され、この記憶された信号とＸ線照射停止後に全画素から読み出した信号からＸ線画像を生成している。

特開２００９−０１８１５４号公報 特開２００９−０７８１４３号公報 特開平０７−２０１４９０号公報

特許文献１、２に記載の副画素を線量検出用の画素とすることが提案されている。副画素を線量検出に用いた場合は副画素の蓄積電荷は画像生成に寄与しないため画質が劣化する。この問題は特許文献３に記載の発明のように線量検出用の画素の信号を加算して一時記憶する構成を用意すれば一応解決する。しかしながら上記構成が必要となりコストが高くなる。また、信号を読み取る際に電荷蓄積が中断されるため信号を読み取る間は画素にとって不感時間となり、閾値を超えるまで不定回数読み出し加算していくと、読み出し回数に応じて信号の総和が実際よりも低く検出されてしまうためにかえって画質が劣化するおそれもある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、簡易な構成かつ処理で画素を線量検出に用いたことによる画質劣化を防ぐことができる放射線画像検出装置およびその駆動方法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、放射線源から照射された放射線の到達線量に応じた電荷を蓄積し、隣接する複数の画素を、電荷を別々に信号線に読み出すことが可能な主画素と副画素に分けて一つの画素と見なした複合画素を含む画素が配列された検出パネルと、前記副画素の蓄積電荷に基づく電圧信号である線量検出信号の積算値と予め設定された閾値との比較結果に応じて前記検出パネルの動作を制御する制御手段であり、放射線の照射中は前記複合画素以外の画素および前記主画素に電荷を蓄積させるとともに前記副画素から定期的に線量検出信号を読み出し、放射線の照射終了後に前記複合画素および前記複合画素以外の画素の全画素から蓄積電荷に基づく電圧信号である画像信号を読み出す制御手段と、前記複合画素の画像信号が前記複合画素以外の画素から出力されたと同じになるように補正する第一補正手段とを備え、前記複合画素以外の画素の画像信号および前記第一補正手段で補正された前記複合画素の画像信号を元に放射線画像を生成することを特徴とする。

前記第一補正手段は、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比を前記主画素の画像信号に乗算する。あるいは、ある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比を前記主画素の画像信号に乗算する。

前記信号線を介して入力された電荷を積算してアナログ電圧信号に変換するゲイン可変型の積分アンプを備える場合、前記第一補正手段は、前記主画素の画像信号を読み出す際の前記積分アンプのゲインを、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比、あるいはある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比に応じた値に設定する。

被検体がいない状態で放射線を照射して前記検出パネルから読み出した画像を元に生成した感度補正データに基づき、前記検出パネルの各部の特性ばらつきを補正する感度補正手段を備える場合、前記第一補正手段は、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比、あるいはある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比を前記感度補正データの前記複合画素の部分に織り込む。

前記副画素から線量検出信号を出力する前記複合画素を選択する選択手段を備えることが好ましい。前記第一補正手段は、前記選択手段で選択された前記複合画素の前記主画素の画像信号に対してのみ稼働する。前記制御手段は、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記副画素を前記複合画素以外の画素および前記主画素と同様に扱う。

前記開口面積の比、あるいは前記出力の比を織り込まない第一の感度補正データと、織り込んだ第二の感度補正データとを用意することが好ましい。前記第一補正手段は、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記主画素の画像信号には前記第一の感度補正データを適用し、前記選択手段で選択された前記複合画素の前記主画素の画像信号には前記第二の感度補正データを適用する。

前記選択手段は、前記副画素から線量検出信号を出力する前記複合画素の手動入力を受け付ける。前記副画素から線量検出信号を出力する前記複合画素を撮影部位毎に記憶する記憶手段を備える場合、前記選択手段で撮影部位を指定する。

前記選択手段は、線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき放射線が被検体を透過せずに前記検出パネルに直接照射される素抜け領域、または診断時に最も注目すべき関心領域のうちの少なくともいずれかを特定し、特定した領域に存在する前記複合画素を選択する。

前記選択手段は、放射線源から放射線の照射が開始された直後で前記到達線量が増加している期間に領域を特定する。あるいは、前記到達線量が一定の値になってから領域を特定してもよい。

前記制御手段は、前記選択手段による領域の特定後、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記副画素に電荷を蓄積させる。この場合、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記副画素の画像信号が、放射線の照射が開始された直後に電荷を蓄積させた場合と同じになるように補正する第二補正手段を備えることが好ましい。

放射線源の制御装置と通信する通信手段と、線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき前記到達線量の累積値が目標値に達したか否かを判断する自動露出制御手段とを備えることが好ましい。前記通信手段は、前記自動露出制御手段で前記到達線量の累積値が目標値に達したと判断したとき、放射線源による放射線の照射を停止させるための照射停止信号を放射線源の制御装置に送信する。この場合、診断時に最も注目すべき関心領域に存在する前記複合画素が前記副画素から線量検出信号を出力する複合画素として選択される。

あるいは、線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき放射線源からの放射線の照射が開始および／または終了されたことを検出する照射開始および／または終了検出手段を備えることが好ましい。この場合、放射線が被検体を透過せずに前記検出パネルに直接照射される素抜け領域に存在する前記複合画素が前記副画素から線量検出信号を出力する複合画素として選択される。

さらには、前記信号線を介して入力された電荷を積算してアナログ電圧信号に変換するゲイン可変型の積分アンプと、線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき画像信号を読み出すときの前記積分アンプのゲインを設定するゲイン設定手段とを備えることが好ましい。この場合、診断時に最も注目すべき関心領域に存在する前記複合画素が前記副画素から線量検出信号を出力する複合画素として選択される。

前記主画素は前記副画素よりも開口面積が大きく、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積は前記複合画素以外の画素のそれとほぼ等しい。または、前記複合画素は開口面積が同じ複数の画素から構成されている。

前記検出パネルが可搬型の筐体に収納された電子カセッテであることが好ましい。

また、本発明の放射線画像検出装置の駆動方法は、放射線源から照射された放射線の到達線量に応じた電荷を蓄積し、隣接する複数の画素を、電荷を別々に信号線に読み出すことが可能な主画素と副画素に分けて一つの画素と見なした複合画素を含む画素が配列された検出パネルを備える放射線画像検出装置の駆動方法であって、前記副画素の蓄積電荷に基づく電圧信号である線量検出信号の積算値と予め設定された閾値との比較結果に応じて前記検出パネルの動作を制御する制御ステップであり、放射線の照射中は前記複合画素以外の画素および前記主画素に電荷を蓄積させるとともに前記副画素から定期的に線量検出信号を読み出し、放射線の照射終了後に前記複合画素および前記複合画素以外の画素の全画素から蓄積電荷に基づく電圧信号である画像信号を読み出す制御ステップと、前記複合画素の画像信号が前記複合画素以外の画素から出力されたと同じになるように補正する補正ステップと、前記複合画素以外の画素の画像信号および前記第一補正手段で補正された前記複合画素の画像信号を元に放射線画像を生成する画像生成ステップとを備えることを特徴とする。

本発明は、複合画素の副画素を線量検出に用いた場合に、複合画素の画像信号が複合画素以外の画素から出力されたと同じになるように補正を施し、補正後の画像信号と複合画素以外の画素の画像信号から放射線画像を生成するので、簡易な構成かつ処理で画素を線量検出に用いたことによる画質劣化を防ぐことができる。

Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。 線源制御装置の内部構成と線源制御装置と他の装置との接続関係を示す図である。 電子カセッテの内部構成を示すブロック図である。 検出画素の配置を説明するための図である。 電子カセッテの制御部の内部構成を示すブロック図である。 電子カセッテのＡＥＣ部および通信部の内部構成を示すブロック図である。 コンソールで設定される撮影条件を示す図である。 Ｘ線撮影におけるＦＰＤの動作の推移を示す図である。 Ｘ線撮影の処理の流れを示すフローチャートである。 採光野選択回路の内部構成を示すブロック図である。 各領域を特定するタイミングを説明するための図である。 Ｘ線撮影におけるＦＰＤの動作の推移を示す図である。 照射開始検出部を設けた例を示す図である。 読み出し動作時の積分アンプのゲインを設定する場合の構成を示す図である。 開口面積が同じ複数の画素で複合画素を構成した例を示す図である。

図１において、Ｘ線撮影システム２は、Ｘ線を放射するＸ線管を内蔵したＸ線源１０と、Ｘ線源１０の動作を制御する線源制御装置１１と、Ｘ線の照射開始を指示するための照射スイッチ１２と、被検体を透過したＸ線を検出してＸ線画像を出力する電子カセッテ１３と、電子カセッテ１３の動作制御やＸ線画像の画像処理を担うコンソール１４と、被検体を立位姿勢で撮影するための立位撮影台１５と、臥位姿勢で撮影するための臥位撮影台１６とを有する。Ｘ線源１０、線源制御装置１１、および照射スイッチ１２はＸ線発生装置２ａ、電子カセッテ１３、およびコンソール１４はＸ線撮影装置２ｂをそれぞれ構成する。この他にもＸ線源１０を所望の方向および位置にセットするための線源移動装置（図示せず）等が設けられている。

Ｘ線源１０は、Ｘ線を放射するＸ線管と、Ｘ線管が放射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）とを有する。Ｘ線管は、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。照射野限定器は、例えば、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。

図２に示すように、線源制御装置１１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１０に供給する高電圧発生器２０と、Ｘ線源１０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１４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１２とメモリ２３とタッチパネル２４が接続されている。照射スイッチ１２は、放射線技師等のオペレータによって操作される例えば二段階押しのスイッチであり、一段階押しでＸ線源１０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１０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を通じて線源制御装置１１に入力される。制御部２１は、照射スイッチ１２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１０への電力供給を開始させる。

メモリ２３は、管電圧、管電流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１１は、設定された撮影条件の管電圧や管電流照射時間積でＸ線を照射しようとする。ＡＥＣはこれに対して必要十分な線量に到達したことを検出すると、線源制御装置１１側で照射しようとしていた管電流照射時間積（照射時間）以下であってもＸ線の照射を停止するように機能する。目標線量に達してＡＥＣによる照射停止の判断がされる前に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、Ｘ線源１０の撮影条件には管電流照射時間積（照射時間でも可）の最大値が設定される。なお、設定される管電流照射時間積は、撮影部位に応じた値とすることが好ましい。

照射信号Ｉ／Ｆ２５は、電子カセッテ１３の複合画素５８の副画素５８ｂ（図３参照）の出力を元にＸ線の照射停止タイミングを規定する場合に電子カセッテ１３と接続される。この場合、制御部２１は、照射スイッチ１２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を介して問い合わせ信号を電子カセッテ１３に送信させる。電子カセッテ１３は問い合わせ信号を受信すると自身が撮影可能な状態かどうかチェックを行い、撮影可能な状態である場合は照射許可信号を送信する。制御部２１は、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１２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１０への電力供給を開始させる。また、制御部２１は、電子カセッテ１３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１０への電力供給を停止させ、Ｘ線の照射を停止させる。

電子カセッテ１３は、ＦＰＤ３５（図３参照）とＦＰＤ３５を収容する可搬型の筐体（図示せず）とからなる。電子カセッテ１３の筐体はほぼ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（ＣＲカセッテとも呼ばれる）と同様の大きさ（国際規格ＩＳＯ４０９０：２００１に準拠した大きさ）である。このため、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の既存の撮影台にも取り付け可能である。

電子カセッテ１３はＸ線撮影システム２が設置される撮影室一部屋に複数台、例えば立位撮影台１５、臥位撮影台１６用に二台配備される。電子カセッテ１３は、ＦＰＤ３５の撮像面３７（図３参照）がＸ線源１０と対向する姿勢で保持されるよう、立位撮影台１５、臥位撮影台１６のホルダ１５ａ、１６ａに着脱自在にセットされる。電子カセッテ１３は、立位撮影台１５や臥位撮影台１６にセットするのではなく、被検体が仰臥するベッド上に置いたり被検体自身に持たせたりして単体で使用することも可能である。

コンソール１４は、有線方式や無線方式により電子カセッテ１３と通信可能に接続されており、キーボード等の入力デバイス１４ａを介したオペレータからの入力操作に応じて電子カセッテ１３の動作を制御する。具体的には、電子カセッテ１３の電源のオンオフ、待機モードや撮影モードへのモード切替等の制御を行う。

電子カセッテ１３からのＸ線画像はコンソール１４のディスプレイ１４ｂに表示される他、そのデータがコンソール１４内のストレージデバイスやメモリ、あるいはコンソール１４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。

コンソール１４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１４ｂ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１４ｂで確認し、その内容に応じた撮影条件をディスプレイ１４ｂに映された操作画面を通じて入力する。

図３において、電子カセッテ１３には、コンソール１４と有線方式または無線方式で通信するための通信部３０、およびバッテリ３１が内蔵されている。通信部３０は、コンソール１４と制御部３２の画像データを含む各種情報、信号の送受信を媒介する。バッテリ３１は、電子カセッテ１３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１３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３１は、電子カセッテ１３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３１を無線給電可能な構成としてもよい。

通信部３０は、バッテリ３１の残量不足等で電子カセッテ１３とコンソール１４との無線通信が不可能になった場合にコンソール１４と有線接続される。通信部３０にコンソール１４からのケーブルを接続した場合、コンソール１４との有線通信が可能になる。この際、コンソール１４から電子カセッテ１３に給電してもよい。

ＦＰＤ３５は、ＴＦＴアクティブマトリクス基板を有し、この基板上にＸ線の到達線量に応じた電荷を蓄積する複数の画素３６を配列してなる撮像面３７を備えている。複数の画素３６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。

ＦＰＤ３５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３６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（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ガドリウムオキシサルファイド）等からなり、画素３６が配列された撮像面３７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ＦＰＤを用いてもよい。

画素３６は複合画素以外の画素に相当し、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３８、フォトダイオード３８が発生した電荷を蓄積するキャパシタ（図示せず）、および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３９を備える。

フォトダイオード３８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３８は、下部電極にＴＦＴ３９が接続され、上部電極にはバイアス線が接続されている。バイアス線は撮像面３７内の画素３６の行数分（ｎ行分）設けられて一本の結線に結束されている。結線はバイアス電源に繋がれている。結線とバイアス線を通じて、バイアス電源からフォトダイオード３８の上部電極に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も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。

ＴＦＴ３９は、ゲート電極が走査線４０に、ソース電極が信号線４１に、ドレイン電極がフォトダイオード３８にそれぞれ接続される。走査線４０と信号線４１は格子状に配線されており、走査線４０は撮像面３７内の画素３６の行数分（ｎ行分）、信号線４１は画素３６の列数分（ｍ列分）それぞれ設けられている。走査線４０はゲートドライバ４２に接続され、信号線４１は信号処理回路４５に接続される。

ゲートドライバ４２は、ＴＦＴ３９を駆動することにより、Ｘ線の到達線量に応じた信号電荷を画素３６に蓄積する蓄積動作と、画素３６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）動作とを行わせる。制御部３２は、ゲートドライバ４２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ＴＦＴ３９がオフ状態にされ、その間に画素３６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４２から同じ行のＴＦＴ３９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４０を一行ずつ順に活性化し、走査線４０に接続されたＴＦＴ３９を一行分ずつオン状態とする。画素３６のキャパシタに蓄積された電荷は、ＴＦＴ３９がオン状態になると信号線４１に読み出されて、信号処理回路４５に入力される。

信号処理回路４５は、積分アンプ４６、ＣＤＳ回路（ＣＤＳ）４７、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４８、およびＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）４９等を備える。積分アンプ４６は、各信号線４１に対して個別に接続される。積分アンプ４６は、オペアンプ４６ａとオペアンプ４６ａの入出力端子間に接続されたキャパシタ４６ｂとからなり、信号線４１はオペアンプ４６ａの一方の入力端子に接続される。オペアンプ４６ａ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４６ｂにはリセットスイッチ４６ｃが並列に接続されている。積分アンプ４６は、信号線４１から入力される電荷を積算し、アナログ電圧信号Ｖ１〜Ｖｍに変換して出力する。各列のオペアンプ４６ａの出力端子には、増幅器５０、ＣＤＳ４７を介してＭＵＸ４８が接続される。ＭＵＸ４８の出力側には、Ａ／Ｄ４９が接続される。

ＣＤＳ４７はサンプルホールド回路を有し、積分アンプ４６の出力電圧信号に対して相関二重サンプリングを施してノイズを除去するとともに、サンプルホールド回路で積分アンプ４６の出力電圧信号を所定期間保持（サンプルホールド）する。ＭＵＸ４８は、シフトレジスタ（図示せず）からの動作制御信号に基づき、パラレルに接続される各列のＣＤＳ４７から順に一つのＣＤＳ４７を電子スイッチで選択し、選択したＣＤＳ４７から出力される電圧信号Ｖ１〜ＶｍをシリアルにＡ／Ｄ４９に入力する。Ａ／Ｄ４９は、入力された電圧信号Ｖ１〜Ｖｍをデジタル電圧信号に変換して、電子カセッテ１３に内蔵されるメモリ５１またはＡＥＣ部５２に出力する。なお、ＭＵＸ４８とＡ／Ｄ４９の間に増幅器を接続してもよい。

ＭＵＸ４８によって積分アンプ４６からの一行分の電圧信号Ｖ１〜Ｖｍが読み出されると、制御部３２は、積分アンプ４６に対してリセットパルスＲＳＴを出力し、リセットスイッチ４６ｃをオンする。これにより、キャパシタ４６ｂ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４６をリセットした後、再度リセットスイッチ４６ｃをオフして所定時間経過後にＣＤＳ４７のサンプルホールド回路の一つをホールドし、積分アンプ４６のｋＴＣノイズ成分をサンプリングする。その後、ゲートドライバ４２から次の行のゲートパルスが出力され、次の行の画素３６の信号電荷の読み出しを開始させる。さらにゲートパルスが出力されて所定時間経過後に次の行の画素３６の信号電荷をＣＤＳ４７のもう一つのサンプルホールド回路でホールドする。これらの動作を順次繰り返して全行の画素３６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３０を通じてコンソール１４に出力される。こうして被検体のＸ線画像が検出される。

フォトダイオード３８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画素３６のキャパシタに蓄積される。画素３６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所定時間間隔でリセット動作が行われる。リセット動作は、画素３６において発生する暗電荷を、信号線４１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３６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４２から走査線４０に対してゲートパルスＧ１〜Ｇｎを順次発生して、画素３６のＴＦＴ３９を一行ずつオン状態にする。ＴＦＴ３９がオン状態になっている間、画素３６から暗電荷が信号線４１を通じて積分アンプ４６のキャパシタ４６ｂに流れる。リセット動作では、読み出し動作と異なり、ＭＵＸ４８によるキャパシタ４６ｂ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３２からリセットパルスＲＳＴが出力されてリセットスイッチ４６ｃがオンされ、キャパシタ４６ｂに蓄積された電荷が放電されて積分アンプ４６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。

ＦＰＤ３５は、上述のようにゲートドライバ４２および走査線４０により駆動されるＴＦＴ３９が接続された通常の画素３６の他に、複合画素５８を同じ撮像面３７内に複数備えている。複合画素５８は撮像面３７内の画素３６の数ｐｐｍ〜数％程度を占める。複合画素５８は、二つのフォトダイオード５９ａ、５９ｂ、およびＴＦＴ６０ａ、６０ｂを備える。フォトダイオード５９ａ、５９ｂは、二つ合わせて画素３６のフォトダイオード３８とほぼ同じ開口面積になる大きさを有し、フォトダイオード５９ａのほうがフォトダイオード５９ｂよりも大きく形成されている。ＴＦＴ６０ａ、６０ｂは、ドレイン電極がフォトダイオード５９ａ、５９ｂにそれぞれ接続され、ソース電極はともに信号線４１に接続されている。一方ゲート電極は、ＴＦＴ６０ａがＴＦＴ３９と同様に走査線４０に接続されているのに対し、ＴＦＴ６０ｂは走査線４０とは別の走査線６１に接続されている。走査線６１はゲートドライバ４２とは別のゲートドライバ６２に接続されており、ＴＦＴ６０ｂはゲートドライバ６２からのゲートパルスｇ１〜ｇｎによりオンする。以下、フォトダイオード５９ａとＴＦＴ６０ａの組を主画素５８ａ、フォトダイオード５９ｂとＴＦＴ６０ｂの組を副画素５８ｂという。

副画素５８ｂは、画素３６および主画素５８ａとは独立して蓄積電荷を信号線４１から読み出すことが可能である。リセット動作や読み出し動作では、ゲートドライバ４２のゲートパルスと同期してゲートドライバ６２から同じ行のゲートパルスを発する。こうすると主画素５８ａと副画素５８ｂの蓄積電荷を足したものが信号線４１に流れる。副画素５８ｂは、撮像面３７へのＸ線の到達線量を検出するために利用される画素であり、ＡＥＣセンサとして機能する。

図４に示すように、複合画素５８は、撮像面３７内で局所的に偏ることなく撮像面３７内に満遍なく散らばるよう、撮像面３７の中心に関して左右対称な点線で示す波形の軌跡６３に沿って設けられている。複合画素５８は、同じ信号線４１が接続された画素３６の列に一個ずつ設けられ、複合画素５８が設けられた列は、複合画素５８が設けられない列を例えば二〜三列挟んで設けられる。複合画素５８の位置はＦＰＤ３５の製造時に既知であり、ＦＰＤ３５は全複合画素５８の位置（座標）を不揮発性のメモリ（図示せず）に予め記憶している。なお、同じ列に複数個複合画素５８を設けたり、本実施形態とは逆に複合画素５８を局所に集中して配置してもよく、複合画素５８の配置は適宜変更可能である。例えば***を撮影対象とするマンモグラフィ装置では胸壁側に集中して複合画素５８を配置するとよい。

ゲートドライバ６２からゲートパルスを発生してＴＦＴ６０ｂをオンすると、複合画素５８の副画素５８ｂで発生した信号電荷は信号線４１に読み出される。画素３６および主画素５８ａとは別の駆動源であるため、同列にある画素３６および主画素５８ａがＴＦＴ３９、６０ａ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副画素５８ｂの信号電荷を読み出すことが可能である。このとき副画素５８ｂが接続された信号線４１上の積分アンプ４６のキャパシタ４６ｂには、副画素５８ｂで発生した電荷が流入する。画素３６および主画素５８ａの蓄積動作時、ＴＦＴ６０ｂがオンされて積分アンプ４６に蓄積された副画素５８ｂからの電荷は、所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ４９に出力される。

図５において、制御部３２には、メモリ５１のＸ線画像データに対してオフセット補正、感度補正、および欠陥補正の各種画像処理を施す回路６５、６６、６７が設けられている。オフセット補正回路６５は、Ｘ線を照射せずにＦＰＤ３５から取得したオフセット補正画像をＸ線画像から画素単位で差し引くことで、信号処理回路４５の個体差や撮影環境に起因する固定パターンノイズを除去する。

感度補正回路６６はゲイン補正回路とも呼ばれ、複合画素５８を含む各画素３６のフォトダイオード３８の感度のばらつきや信号処理回路４５の出力特性のばらつき等を補正する。感度補正は被検体がいない状態で所定の線量のＸ線を照射して得た画像から上記オフセット補正画像を差し引いた画像を元に生成した感度補正データに基づき行う。感度補正データは、被検体がいない状態で所定の線量のＸ線を照射したときに、オフセット補正後のＸ線画像に乗算することで各画素出力が一律同じになるよう、基準値からのずれを補正する係数を画素毎にもつ。例えば画素Ａの出力が基準の１であるのに対して画素Ｂの出力が０．８であった場合、画素Ｂの係数は１．２５（１／０．８＝１．２５）となる。

欠陥補正回路６７は、出荷時に添付される欠陥画素情報に基づき、欠陥画素の画素値を周囲の正常な画素の画素値で線形補間する。

オフセット補正画像、感度補正データは、例えば電子カセッテ１３の出荷時に取得されるか、定期メンテナンス時にメーカのサービスマンが、あるいは病院の始業時間帯にオペレータが取得し、制御部３２の内部メモリに記録されて補正時に読み出される。複合画素５８のオフセット補正画像、感度補正データは、主画素５８ａと副画素５８ｂに分けるのではなく複合画素５８を一つの画素とみなして、一つの複合画素５８に対して一つずつ割り当てられている。なお、上記の各種画像処理回路６５〜６７をコンソール１４に設け、各種画像処理をコンソール１４で行ってもよい。

制御部３２には、各種画像処理回路６５〜６７の他に乗算回路６８が設けられている。乗算回路６８は、コンソール１４から送られる撮影条件の採光野の情報に基づき、感度補正回路６６から送られる採光野内の複合画素５８の主画素５８ａの画像信号に、主画素５８ａと副画素５８ｂを足し合わせた複合画素５８トータルの開口面積と主画素５８ａの開口面積の比を乗算する。より具体的には、主画素５８ａと副画素５８ｂの開口面積Ｓａ、Ｓｂとした場合、（Ｓａ＋Ｓｂ）／Ｓａを乗算する。乗算回路６８は、採光野外の複合画素５８の画像信号に対しては稼働しない。

ＡＥＣ部５２は、制御部３２により駆動制御される。ＡＥＣ部５２は、副画素５８ｂが接続された信号線４１からのデジタル電圧信号（以下、線量検出信号という）をＡ／Ｄ４９から取得し、取得した線量検出信号に基づいてＡＥＣを行う。

図６において、ＡＥＣ部５２は、積分回路７５、比較回路７６、および閾値発生回路７７を有する。積分回路７５は、採光野内の副画素５８ｂからの線量検出信号の平均値、最大値、最頻値、または合計値を積算する。比較回路７６は、リセット動作を繰り返す待機モードから蓄積動作を開始する撮影モードに切り替わったときに積分回路７５からの線量検出信号の積算値のモニタリングを開始する。そして、積算値と閾値発生回路７７から与えられる照射停止閾値とを適宜のタイミングで比較する。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３０には、照射信号Ｉ／Ｆ７８が設けられている。照射信号Ｉ／Ｆ７８には線源制御装置１１の照射信号Ｉ／Ｆ２５が接続される。照射信号Ｉ／Ｆ７８は、問い合わせ信号の受信、問い合わせ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７６の出力、すなわち照射停止信号の送信を行う。

図７に示すように、コンソール１４では入力デバイス１４ａにより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、採光野、および副画素５８ｂ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に格納されており、入力デバイス１４ａで指定された撮影部位に対応する撮影条件がストレージデバイスから読み出されて電子カセッテ１３に提供される。線源制御装置１１の撮影条件は、オペレータがこのコンソール１４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に用いる複合画素５８の領域を示し、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撮影部位毎に設定されている。例えば撮影部位が胸部の場合は、図４に点線で囲んだａ、ｂで示すように左右の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１３の複合画素５８も含む画素３６の撮像面３７内における位置と対応しており、走査線４０に平行な方向をｘ軸、信号線４１に平行な方向をｙ軸とし、左上の画素の座標を原点（０、０）において表現する。

図８において、撮影前、ＦＰＤ３５は、画素３６、複合画素５８の別なくリセット動作を繰り返し実行する待機モードで動作している。照射開始信号を照射信号Ｉ／Ｆ７８で受信したとき、制御部３２は、ＦＰＤ３５にリセット動作を終えさせて蓄積動作を開始させ、待機モードから撮影モードに切り替える。ただし、撮影条件で設定された採光野内にある複合画素５８の副画素５８ｂに限っては、ＴＦＴ６０ｂをオンして線量検出信号を出力させる線量検出動作を開始させる。

ＡＥＣ部５２の比較回路７６で線量検出信号の積算値が閾値に達したと判断したとき、制御部３２は、画素３６、採光野外の複合画素５８、採光野内の複合画素５８に関わらずＦＰＤ３５の動作を蓄積動作から読み出し動作へ移行させる。これにて一回の撮影が終了する。ＦＰＤ３５は待機モードに戻る。

ただしこうすると、採光野外の複合画素５８は主画素５８ａと副画素５８ｂともにＸ線の到達線量に応じた電荷が蓄積されて読み出し動作で通常の画素３６と同等の電圧信号が出力されるが、採光野内の複合画素５８から読み出し動作で出力される電圧信号には、副画素５８ｂの蓄積電荷はＡＥＣのために線量検出信号として出力してしまっているので主画素５８ａに生じた電荷しか反映されない。従って通常の画素３６の場合よりも副画素５８ｂの分だけ値が減少する。そこで、Ｘ線照射停止後の読み出し動作で採光野内の複合画素５８の主画素５８ａから出力される画像信号に、面積比（Ｓａ＋Ｓｂ）／Ｓａを乗算回路６８で乗算して補正する。例えばＳａ：Ｓｂ＝４：１（主画素５８ａの開口面積が副画素５８ｂの四倍）であった場合、採光野内の主画素５８ａから出力される画像信号を（４＋１）／４＝１．２５倍する。採光野外の複合画素５８はもちろん、採光野内の複合画素５８もＸ線画像の生成に役立てることができる。

次に、図９のフローチャートを参照して、Ｘ線撮影システム２においてＸ線撮影を行う場合の手順を説明する。まず、被検体を立位撮影台１５の前の所定の位置に立たせるか臥位撮影台１６に仰臥させ、立位または臥位のいずれかの撮影台１５、１６にセットされた電子カセッテ１３の高さや水平位置を調節して、被検体の撮影部位と位置を合わせる。また、電子カセッテ１３の位置および撮影部位の大きさに応じて、Ｘ線源１０の高さや水平位置、照射野の大きさを調整する。次いで線源制御装置１１とコンソール１４に撮影条件を設定する。

ステップ１０（Ｓ１０）において、Ｘ線撮影前の待機モードでは、制御部３２はＦＰＤ３５にリセット動作を繰り返し行わせている。照射スイッチ１２が二段階押しされて線源制御装置１１から照射開始信号が出力され、これが照射信号Ｉ／Ｆ７８で受信されると（Ｓ１１でＹＥＳ）、画素３６、採光野外の複合画素５８の主画素５８ａと副画素５８ｂ、および採光野内の複合画素５８の主画素５８ａがリセット動作から蓄積動作に移行され、撮影モードに切り替えられる。一方採光野内の複合画素５８の副画素５８ｂはＴＦＴ６０ｂがオンされて線量検出動作に移行される（Ｓ１２）。

Ｘ線源１０によるＸ線の照射に伴い発生した電荷は、画素３６、採光野外の複合画素５８、および採光野内の複合画素５８の主画素５８ａの場合はフォトダイオード３８、５９ａ、５９ｂに蓄積され、採光野内の複合画素５８の副画素５８ｂの場合は信号線４１を通じて積分アンプ４６に流れ込み、線量検出信号として積分アンプ４６から所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ４９、ＡＥＣ部５２に出力される。

採光野内の副画素５８ｂからの線量検出信号はＡＥＣ部５２の積分回路７５に出力され、積分回路７５で積算される（Ｓ１３）。閾値発生回路７７は、コンソール１４から与えられた照射停止閾値を発生し、これを比較回路７６に出力する。比較回路７６は、積分回路７５からの線量検出信号の積算値と閾値発生回路７７からの照射停止閾値とを比較（Ｓ１４）し、積算値が閾値に達したとき（Ｓ１５でＹＥＳ）に照射停止信号を出力する。照射停止信号は照射信号Ｉ／Ｆ７８を介して線源制御装置１１の照射信号Ｉ／Ｆ２５に向けて送信される。また、ＦＰＤ３５の動作が蓄積動作から読み出し動作に移行される（Ｓ１６）。

照射信号Ｉ／Ｆ２５で照射停止信号を受けると、線源制御装置１１では、制御部２１により高電圧発生器２０からＸ線源１０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。

制御部３２の各種画像処理回路６５〜６７によりメモリ５１のＸ線画像データに対して各種画像処理が行われる。このとき、採光野の情報に基づき、採光野内の複合画素５８にあたる画像信号に対して（Ｓａ＋Ｓｂ）／Ｓａが乗算回路６８で乗算されて補正される。採光野外の複合画素５８の画像信号は乗算回路６８を素通りする。こうして一枚分のＸ線画像が生成される（Ｓ１７）。Ｘ線画像は通信部３０を介してコンソール１４に有線または無線送信され、ディスプレイ１４ｂに表示されて診断に供される。

以上説明したように、本発明によれば、副画素５８ｂの出力をＡＥＣに利用した場合、その複合画素５８の画像信号に面積比を乗算して補正し、Ｘ線画像の生成に用いるので、副画素５８ｂの出力をＡＥＣに利用することによる画質劣化を防ぐことができる。画像信号に面積比を乗算するだけで補正が済むので大掛かりな構成がいらず簡便である。

採光野外の複合画素５８の副画素５８ｂにも電荷を蓄積させて画像生成に役立てるので、複合画素５８を配したことによる画質劣化はほとんどないといってもいい。

採光野の情報に応じて乗算回路６８の稼働を動的に変更するので、採光野内、外の複合画素５８からの画像信号に対してそれぞれ的確な補正を施すことができ、採光野内、外の差がほとんどない画質が均一なＸ線画像を生成することが可能となる。

なお、上記実施形態の面積比の代わりに、主画素５８ａと副画素５８ｂを合わせた複合画素５８全体の出力と主画素５８ａの出力の比を採光野内の主画素５８ａの画像信号に乗算して補正してもよい。感度補正データを取得するときと同じ要領で、被検体がいない状態で所定の線量のＸ線を照射し、そのときの主画素５８ａと副画素５８ｂの出力電圧信号Ｖａ、Ｖｂを元に出力比を算出する。具体的には（Ｖａ＋Ｖｂ）／Ｖａを採光野内の主画素５８ａの画像信号に乗算する。なお、出力比は全複合画素５８の平均値や最頻値でもよいし、複合画素５８毎に出力比を算出してその結果を複合画素５８の位置情報とともにストックしておき、採光野の情報と照合して当該複合画素５８に対応した出力比を読み出してもよい。

上記実施形態では、撮影条件に予め採光野を記憶させているが、線量検出信号をモニタすることで採光野やその他の領域を特定してもよい。この場合、図１０に示す採光野選択回路８０をＡＥＣ部５２の積分回路７５の前段に設ける。採光野選択回路８０は、撮像面３７内の全複合画素５８のうち、どの複合画素５８の副画素５８ｂの線量検出信号をＡＥＣに用いるかを選択する。撮影開始前はどの副画素５８ｂをＡＥＣに用いるかは不定であり、照射開始信号の受信後、全複合画素５８の副画素５８ｂが線量検出動作に移行する。採光野選択回路８０には全複合画素５８の副画素５８ｂの線量検出信号が出力される。

採光野選択回路８０は、照射野特定部８１、被検体領域特定部８２、および採光野領域特定部８３を備えている。照射野特定部８１は、照射野限定器の照射開口、および撮像面３７からＸ線原１０のＸ線管の焦点までの距離ＳＩＤ（Source Image Distance）で決まる撮像面３７上のＸ線の照射野を特定する。具体的には、線量検出信号と閾値ｔｈ０を比較することにより照射野を特定する。Ｘ線が当たらない非照射野は線量検出信号がほぼゼロとなるため、閾値ｔｈ０にはゼロに近い値を設定する。そして、線量検出信号が閾値ｔｈ０以下の領域を非照射と特定し、残りの領域を照射野と特定する。照射野特定部８１は、副画素５８ｂから出力される線量検出信号のうち、照射野に存在する副画素５８ｂの線量検出信号をピックアップする。言い換えれば、非照射野の部分に存在する副画素５８ｂを採光野の候補から除外する。

被検体領域特定部８２は、照射野に存在する副画素５８ｂから出力される線量検出信号のうち、被検体を透過したＸ線が照射される被検体領域に存在する副画素５８ｂの線量検出信号をピックアップする。つまり被検体を透過せずにＸ線が直接入射する素抜け領域に存在する副画素５８ｂを採光野の候補から除外する。

被検体領域特定部８２は、線量検出信号と閾値ｔｈ１を比較することにより被検体領域を特定する。閾値ｔｈ１は、例えばＮＤＤ法（Numerical Dose Determination method）による面積線量計算式を用いて求められる。高電圧発生器２０の整流方式（インバータ、単相、三相）に応じて決定される定数をＴ、管電圧補正係数をＣ＿ｋＶ、Ｘ線源１０に設置する各種フィルタの厚さに対する管電圧の補正係数をＣ＿Ｆｉｌ、管電流照射時間積をｍＡｓ、後方散乱補正係数をＢＳＦ、撮像面３７上のＸ線の照射野をＡＲＥＡとした場合、面積線量Ｄは、
Ｄ＝Ｔ×Ｃ＿ｋＶ×Ｃ＿Ｆｉｌ×ｍＡｓ×（１／ＳＩＤ）^２×ＢＳＦ×ＡＲＥＡ ・・・式（１）
を計算することで求められる。上記Ｔ、Ｃ＿ｋＶ等はコンソール１４のストレージデバイスにデータテーブル形式で格納されており、Ｘ線源１０や高電圧発生器２０の仕様に応じた値をストレージデバイスから読み出して閾値ｔｈ１を計算し、これを電子カセッテ１３に提供する。

被検体領域特定部８２は、線量検出信号が閾値ｔｈ１以上の副画素５８ｂを素抜け領域に存在する副画素５８ｂと特定し、それ以外を被検体領域に存在するものと特定する。もしくは、線量検出信号が閾値ｔｈ１を中心値とする所定の範囲（閾値ｔｈ１±α）に収まる副画素５８ｂを素抜け領域に存在する副画素５８ｂと特定してもよい。こうして、照射野特定部８１および被検体領域特定部８２により、全複合画素５８の副画素５８ｂのうち、非照射野および素抜け領域に存在する副画素５８ｂを採光野の候補から除外する。

採光野領域特定部８３は、閾値ｔｈ２と、照射野かつ被検体領域に存在する副画素５８ｂからの線量検出信号の大小を比較する。閾値ｔｈ２は、採光野内に到達するであろうＸ線の線量であり、被検体として典型的な成人男性の体型に基づき予め実験やシミュレーションにより求められる。閾値ｔｈ２は例えばコンソール１４のストレージデバイスに撮影条件とともに記憶されており、設定された撮影部位に応じて値が変更される。採光野領域特定部８３は、線量検出信号が閾値ｔｈ２を中心値とする所定の範囲（閾値ｔｈ２±α）に収まる副画素５８ｂを所望の採光野領域に存在する副画素５８ｂと特定する。これらの照射野、被検体領域、および採光野領域の特定（非照射野および素抜け領域の採光野の候補からの除外）は線量検出動作で送られてくる副画素５８ｂからの線量検出信号に対してリアルタイムで行う。採光野選択回路８０は、各特定部８１、８２、８３で採光野領域に存在すると特定した副画素５８ｂの線量検出信号を最終的に積分回路７５に出力する。

なお、図１０では、胸部を撮影した際、撮像面３７の両端の非照射野の部分の副画素５８ｂの線量検出信号を照射野特定部８１で除外し、さらに被検体の腕と胴の間の素抜け領域の副画素５８ｂの線量検出信号を被検体領域特定部８２で除外し、最後に採光野領域特定部８３で採光野領域である左右の肺野に存在する副画素５８ｂを特定する様子を示している。

採光野選択回路８０の各特定部８１、８２、８３で照射野、被検体領域、および採光野領域を特定するタイミングとしては、図１１に示すようにＸ線の照射が開始されて撮像面３７へのＸ線の到達線量が増加している期間Ｔａ、またはＸ線源１０の駆動が安定化し、到達線量が飽和して一定値に落ち着いてからの期間Ｔｂのいずれでもよい。期間Ｔａ、Ｔｂとも各領域の到達線量の変化の仕方は違うので、いずれの期間でも問題なく各領域を特定することが可能である。

到達線量が増加している期間Ｔａに各領域を特定する場合は、線量検出信号の値が比較的小さいためにノイズの影響を受けやすいが、Ｘ線の照射開始とほぼ同時に各領域の特定を終えることができ、スムーズにＡＥＣの予想時間の算出に移ることができる。

到達線量が飽和してからの期間Ｔｂに各領域を特定する場合は、前回のサンプリングで得た線量検出信号を一時的に記憶しておき、今回得た線量検出信号と比較する。そして、前回と今回の線量検出信号が等しくなったら到達線量が飽和したと判断し、各領域の特定を開始する。到達線量が飽和するまで待つ分時間は掛かるが、期間Ｔｂでは期間Ｔａよりも線量検出信号の出力が安定してＳ／Ｎがよいので、各領域の特定結果への信頼性を高めることができる。

期間Ｔａに各領域を特定する場合と期間Ｔｂに各領域を特定する場合とでは、非照射野領域を特定するための閾値ｔｈ０、素抜け領域を特定するための閾値ｔｈ１、および採光野領域を特定するための閾値ｔｈ２は当然異なる値が設定され、二点鎖線で示すように期間Ｔａに各領域を特定する場合のほうが一点鎖線で示す期間Ｔｂに各領域を特定する場合よりも設定される値は低くなる。

採光野選択回路８０で採光野領域に存在すると特定した以外の領域の副画素５８ｂは、各領域の特定後も線量検出動作を続行する。従ってこの場合は採光野内、外に関わらず、全ての複合画素５８の主画素５８ａからの画像信号に乗算回路６８で面積比または出力比を乗算して補正する。

あるいは図１２に示すように、各領域の特定後、採光野外の副画素５８ｂのＴＦＴ６０ｂをオフして線量検出動作から直ちに蓄積動作に移行させてもよい。期間Ｔａに各領域を特定する場合は、採光野外の副画素５８ｂの線量検出動作による電荷ロスは微々たるものであるため、特に補正はせずに上記実施形態の採光野外の複合画素５８と同等に扱ってもよい。もちろん、主画素５８ａと副画素５８ｂの蓄積電荷を別々のタイミングで読み出すようにし、画素３６および主画素５８ａの画像信号の電荷蓄積時間Ｔｃと、各領域を特定して線量検出動作から蓄積動作に移行し、読み出し動作を開始するまでの時間、すなわち採光野外の副画素５８ｂの画像信号の電荷蓄積時間Ｔｄを制御部３２で計時し、乗算回路６８で採光野外の副画素５８ｂの画像信号にＴｃ／Ｔｄを乗算して、電荷ロスを厳密に補正してもよい。期間Ｔｂに各領域を特定する場合は電荷ロスは無視できない大きさになるため、乗算回路６８で採光野外の副画素５８ｂの電圧信号にＴｃ／Ｔｄを乗算して補正する。そして、補正後の副画素５８ｂの画像信号と主画素５８ａの画像信号を加算してその複合画素５８の画像信号とする。

前述のように、感度補正はＸ線画像の各画素値に係数を掛ける処理であるため、乗算回路６８で採光野内の主画素５８ａの画像信号に面積比や出力比を乗算するのとやっていることは同じである。そこで、採光野内の複合画素５８にあたる感度補正データの係数に面積比または出力比を乗算し、感度補正と上記実施形態の乗算回路６８による補正を同時に済ませてもよい。こうすれば乗算回路６８が必要なくなり、さらにコストを安くすることができる。

また、複合画素５８の係数に面積比または出力比を乗算していない第一の感度補正データと、複合画素５８の係数に面積比または出力比を乗算した第二の感度補正データの二種類を用意し、採光野の情報に応じて、採光野外の複合画素５８の場合は第一、採光野内の場合は第二の感度補正データに切り替えるといった処理をしてもよい。

なお、Ｘ線撮影システムには、上記実施形態のように線源制御装置１１と電子カセッテ１３の間に通信機能がないものもある。この場合は図１３に示すように、ＡＥＣ部５２の代わりに照射開始検出部８５を設け、該検出部８５で線量検出信号を元にＸ線の照射開始を検出してもよい。Ｘ線の照射開始を検出するときには、コンソール１４に撮影条件を設定したときに画素３６をリセット動作から蓄積動作、複合画素５８の副画素５８ｂをリセット動作から線量検出動作にそれぞれ移行させ、照射開始検出部８５で線量検出信号の検出を開始する。線量検出信号を積算して予め設定された照射開始閾値と比較し、積算値が照射開始閾値に達したらＸ線の照射開始と判断する。照射開始と判断したら画素３６および主画素５８ａに蓄積動作を開始させる。副画素５８ｂには線量検出動作を続行させる。

上の説明からも分かるように、照射開始検出部８５は、線量検出信号の積算値と比較する閾値が異なるだけで、基本的な構成はＡＥＣ部５２と同じである。照射開始検出部８５は、素抜け領域に存在する複合画素５８の副画素５８ｂからの線量検出信号をＸ線の照射開始の判断に用いる。素抜け領域は被検体領域よりもＸ線の到達線量が多く、到達線量の単位時間当たりの変化量も大きいため、Ｘ線の照射開始を判断するのに十分なＳ／Ｎの線量検出信号を短時間で得ることができる。従って正確かつ迅速な判断が可能となる。

素抜け領域の特定は、オペレータの手動入力に頼ってもよいし、図１０の被検体領域特定部８２を用いてもよい。あるいは、とにかく最大値を示す線量検出信号をＸ線の照射開始の判断に用いてもよい。この場合は素抜け領域の特定を行わない分、判断に掛かる時間を短縮化することができる。

Ｘ線の照射開始を検出する代わりに、あるいは加えて、線量検出信号と閾値との比較結果に基づきＸ線の照射終了を検出してもよい。この場合はＸ線の照射終了を検出したら、制御部３２はＦＰＤ３５を蓄積動作から読み出し動作に移行させる。

また、線量検出信号をＸ線の照射開始または終了検出、ＡＥＣに用いる他に、線量検出信号に基づき読み出し動作時の積分アンプのゲインを切り替えてもよい。この場合は図１４に示すように、積分アンプ４６に代えてゲイン可変型の積分アンプ９０を用いる。

図１４において、積分アンプ９０は、積分アンプ４６と同様にオペアンプ９０ａとリセットスイッチ９０ｃとを備える。オペアンプ９０ａの入出力端子間には、二つのキャパシタ９０ｂ、９０ｄが接続され、キャパシタ９０ｄにはゲイン切替スイッチ９０ｅが接続されている。ゲイン切替スイッチ９０ｅがオンのとき、積分アンプからの出力電圧信号ＶはＶ＝ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２）、ゲイン切替スイッチ９０ｅがオフのときはＶ＝ｑ／Ｃ１となる。ただしｑは蓄積電荷、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれキャパシタ９０ｂ、９０ｄの容量である。このようにゲイン切替スイッチ９０ｅのオン／オフを切り替えることで、積分アンプ９０のゲインを変化させることができる。なお、ここではキャパシタを二個接続して二段階でゲインを切り替える例を示すが、キャパシタを二個以上接続して、あるいはキャパシタに容量可変コンデンサを用い、ゲインを二段階以上変化可能に構成することが好ましい。

ゲイン設定部９１は、ＡＥＣ部５２や照射開始検出部８５の代わりにＦＰＤ３５に設けられる。ゲイン設定部９１は、ＦＰＤ３５が蓄積動作を開始したときに動作し、読み出し動作時のゲイン切替スイッチ９０ｅの動作を制御する。ゲイン設定部９１には、信号処理回路４５から定期的に線量検出信号が入力される。ゲイン設定部９１は、線量検出信号が飽和しないよう、線量検出信号を出力するときは積分アンプ９０のゲインを最小値に設定する。本例の場合はゲイン切替スイッチ９０ｅをオンさせる。

ゲイン設定部９１は、ＡＥＣの場合と同様に、採光野内の複合画素５８の副画素５８ｂからの線量検出信号の合計値、平均値、最大値、または最頻値を所定回数積算し、その積算値と予め設定された閾値とを比較する。積算値が閾値よりも大きい場合、ゲイン設定部９１は、読み出し動作時にゲイン切替スイッチ９０ｅをオンさせる。一方、撮像面３７の採光野にあたる部分への到達累積線量が低く積算値が閾値以下であった場合は、読み出し動作時にゲイン切替スイッチ９０ｅをオフさせて積分アンプ９０のゲインを高くする。より具体的には、採光野の出力電圧信号Ｖの最大値および最小値がＡ／Ｄ変換のレンジの最大値および最小値に合うよう積分アンプ９０のゲインを設定する。

Ｘ線の累積線量を低く設定した撮影では電圧信号Ｖの最大値と最小値の幅がＡ／Ｄ変換のレンジに対して狭く、こうした場合に得られるＸ線画像はノイズが目立つ不鮮明なものとなってしまうが、上記のように採光野にあたる部分への到達累積線量が低いときに積分アンプのゲインを高くすれば、ノイズが目立たない良好な画質のＸ線画像を得ることができる。このためＸ線源に設定する照射線量を抑制することができ、結果として患者の被曝線量を少なくすることができるという特段の効果が得られる。また、ＡＥＣの照射停止閾値を低く設定しておいて早めにＸ線の照射を停止させ、足りない分は積分アンプのゲインを高くして補うことも可能であり、こうした場合も患者の被曝線量を低減することができる。

ゲイン可変型の積分アンプを用いる場合、ゲイン設定部で積分アンプのゲインを調整して上記実施形態の乗算回路６８による補正を代わりに行ってもよい。具体的には、読み出し動作時に採光野内の複合画素５８の主画素５８ａからの電荷を積分アンプで積算する際に、面積比または出力比に相当するゲインとなるよう積分アンプのゲインを調整する。感度補正データの係数に面積比または出力比を織り込む場合と同様に、乗算回路６８を省ける分低コスト化することができる。

図１０の採光野選択回路８０を用いて各領域を特定した後、図１２のように採光野外の副画素５８ｂのＴＦＴ６０ｂをオフして線量検出動作から直ちに蓄積動作に移行させる場合、乗算回路６８で採光野外の副画素５８ｂの画像信号にＴｃ／Ｔｄを乗算する代わりに、ゲイン可変型の積分アンプのゲインをＴｃ／Ｔｄに応じた値に設定してもよい。また、段落［００９８］で説明したのと同様に、感度補正データの係数にＴｃ／Ｔｄを織り込んでもよい。

なお、Ｘ線の照射開始または終了検出、ＡＥＣ、および積分アンプのゲイン設定を複合して行ってもよい。これらの機能のいずれを実行するかをオペレータが設定可能に構成してもよい。どの機能も実行しない選択がされた場合は、全複合画素５８を通常の画素３６として扱う。この場合、当然乗算回路６８は稼働しない。

上記実施形態では、ＡＥＣ等に使用する画素として複合画素５８の副画素５８ｂを例示しているが、開口面積が同じ隣接する複数の画素をビニング（画素加算）する構成についても本発明は上記実施形態と同様に適用可能である。例えば図１５に示すように、隣接する九個の画素１００を一つの画素と見なしてビニングする構成で、太枠で示す六個の画素１００ａを上記実施形態の主画素５８ａと同様画像検出に用い、ハッチングで示す三個の画素１００ｂを副画素５８ｂと同様にＡＥＣ等に使用する場合、六個の画素１００ａの画像信号を１．５倍（面積比の場合）して補正する。

ビニングを実行することで、その後の画像処理で取り扱う画像データのデータ容量を大幅に削減することができ処理を高速化することができる。また、複数の画素を一つの画素と見なすので、ＦＰＤの見かけ上の感度も向上する。このため低線量で連続的に複数回撮影を行う動画撮影等に好適である。

なお、ビニングには上記実施形態のようにＦＰＤ（ゲートドライバ）の動作を制御して隣接する複数の画素の電荷を一度に信号線に読み出して加算するハードウェアビニングと、デジタル変換後の画像信号を加算するソフトウェアビニングとがあるが、本発明はどちらにも適用することができる。

上記実施形態では、コンソール１４と電子カセッテ１３が別体である例で説明したが、コンソール１４は独立した装置である必要はなく、電子カセッテ１３にコンソール１４の機能を搭載してもよい。同様に線源制御装置１１とコンソール１４を一体化した装置としてもよい。また、可搬型のＸ線画像検出装置である電子カセッテに限らず、撮影台に据え付けるタイプのＸ線画像検出装置に適用してもよい。

さらに本発明は、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。

２ Ｘ線撮影システム
１０ Ｘ線源
１１ 線源制御装置
１３ 電子カセッテ
１４ コンソール
１４ａ 入力デバイス
３０ 通信部
３２ 制御部
３５ ＦＰＤ
３６、１００、１００ａ、１００ｂ 画素
３９、６０ａ、６０ｂ ＴＦＴ
４０、６１ 走査線
４１ 信号線
４２、６２ ゲートドライバ
４６、９０ 積分アンプ
５２ ＡＥＣ部
５８ 複合画素
５８ａ、５８ｂ 主画素、副画素
６６ 感度補正回路
６８ 乗算回路
７６ 比較回路
７８ 照射信号Ｉ／Ｆ
８０ 採光野選択回路
８５ 照射開始検出部
９１ ゲイン設定部

Claims (24)

1. 放射線源から照射された放射線の到達線量に応じた電荷を蓄積し、隣接する複数の画素を、電荷を別々に信号線に読み出すことが可能な主画素と副画素に分けて一つの画素と見なした複合画素を含む画素が配列された検出パネルと、
   前記副画素の蓄積電荷に基づく電圧信号である線量検出信号の積算値と予め設定された閾値との比較結果に応じて前記検出パネルの動作を制御する制御手段であり、
   放射線の照射中は前記複合画素以外の画素および前記主画素に電荷を蓄積させるとともに前記副画素から定期的に線量検出信号を読み出し、放射線の照射終了後に前記複合画素および前記複合画素以外の画素の全画素から蓄積電荷に基づく電圧信号である画像信号を読み出す制御手段と、
   前記複合画素の画像信号が前記複合画素以外の画素から出力されたと同じになるように補正する第一補正手段とを備え、
   前記複合画素以外の画素の画像信号および前記第一補正手段で補正された前記複合画素の画像信号を元に放射線画像を生成することを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記第一補正手段は、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比、あるいは、ある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比を前記主画素の画像信号に乗算す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. 前記信号線を介して入力された電荷を積算してアナログ電圧信号に変換するゲイン可変型の積分アンプを備え、
   前記第一補正手段は、前記主画素の画像信号を読み出す際の前記積分アンプのゲインを、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比、あるいはある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比に応じた値に設定す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。
4. 被検体がいない状態で放射線を照射して前記検出パネルから読み出した画像を元に生成した感度補正データに基づき、前記検出パネルの各部の特性ばらつきを補正する感度補正手段を備え、
   前記第一補正手段は、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比、あるいはある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比を前記感度補正データの前記複合画素の部分に織り込む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。
5. 前記副画素から線量検出信号を出力する前記複合画素を選択する選択手段を備え、
   前記第一補正手段は、前記選択手段で選択された前記複合画素の前記主画素の画像信号に対してのみ稼働することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
6. 前記制御手段は、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記副画素を前記複合画素以外の画素および前記主画素と同様に扱うことを特徴とする請求項５に記載の放射線画像検出装置。
7. 被検体がいない状態で放射線を照射して前記検出パネルから読み出した画像を元に生成した感度補正データに基づき、前記検出パネルの各部の特性ばらつきを補正する感度補正手段を備え、
   前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積と前記主画素の開口面積の比、あるいはある条件下で照射された放射線に対する前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの出力と前記主画素の出力の比を織り込まない第一の感度補正データと、織り込んだ第二の感度補正データとを用意し、
   前記第一補正手段は、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記主画素の画像信号には前記第一の感度補正データを適用し、前記選択手段で選択された前記複合画素の前記主画素の画像信号には前記第二の感度補正データを適用することを特徴とする請求項５または６に記載の放射線画像検出装置。
8. 前記選択手段は、前記副画素から線量検出信号を出力する前記複合画素の手動入力を受け付けることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
9. 前記副画素から線量検出信号を出力する前記複合画素を撮影部位毎に記憶する記憶手段を備え、
   前記選択手段で撮影部位を指定することを特徴とする請求項８に記載の放射線画像検出装置。
10. 前記選択手段は、線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき放射線が被検体を透過せずに前記検出パネルに直接照射される素抜け領域、または診断時に最も注目すべき関心領域のうちの少なくともいずれかを特定し、特定した領域に存在する前記複合画素を選択することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
11. 前記選択手段は、放射線源から放射線の照射が開始された直後で前記到達線量が増加している期間に領域を特定することを特徴とする請求項１０に記載の放射線画像検出装置。
12. 前記選択手段は、前記到達線量が一定の値になってから領域を特定することを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮影システム。
13. 前記制御手段は、前記選択手段による領域の特定後、前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記副画素に電荷を蓄積させることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
14. 前記選択手段で選択されなかった前記複合画素の前記副画素の画像信号が、放射線の照射が開始された直後に電荷を蓄積させた場合と同じになるように補正する第二補正手段を備えることを特徴とする請求項１３に記載の放射線画像検出装置。
15. 放射線源の制御装置と通信する通信手段と、
    線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき前記到達線量の累積値が目標値に達したか否かを判断する自動露出制御手段とを備え、
    前記通信手段は、前記自動露出制御手段で前記到達線量の累積値が目標値に達したと判断したとき、放射線源による放射線の照射を停止させるための照射停止信号を放射線源の制御装置に送信することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
16. 診断時に最も注目すべき関心領域に存在する前記複合画素が前記副画素から線量検出信号を出力する複合画素として選択されることを特徴とする請求項１５に記載の放射線画像検出装置。
17. 線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき放射線源からの放射線の照射が開始および／または終了されたことを検出する照射開始および／または終了検出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
18. 放射線が被検体を透過せずに前記検出パネルに直接照射される素抜け領域に存在する前記複合画素が前記副画素から線量検出信号を出力する複合画素として選択されることを特徴とする請求項１７に記載の放射線画像検出装置。
19. 前記信号線を介して入力された電荷を積算してアナログ電圧信号に変換するゲイン可変型の積分アンプと、
    線量検出信号の積算値と予め設定された閾値とを比較し、該比較結果に基づき画像信号を読み出すときの前記積分アンプのゲインを設定するゲイン設定手段とを備えることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
20. 診断時に最も注目すべき関心領域に存在する前記複合画素が前記副画素から線量検出信号を出力する複合画素として選択されることを特徴とする請求項１９に記載の放射線画像検出装置。
21. 前記主画素は前記副画素よりも開口面積が大きく、前記主画素と前記副画素を合わせた前記複合画素のトータルの開口面積は前記複合画素以外の画素のそれとほぼ等しいことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
22. 前記複合画素は開口面積が同じ複数の画素から構成されていることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
23. 前記検出パネルが可搬型の筐体に収納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２２のいずれか一項に記載の放射線画像検出装置。
24. 放射線源から照射された放射線の到達線量に応じた電荷を蓄積し、隣接する複数の画素を、電荷を別々に信号線に読み出すことが可能な主画素と副画素に分けて一つの画素と見なした複合画素を含む画素が配列された検出パネルを備える放射線画像検出装置の駆動方法であって、
    前記副画素の蓄積電荷に基づく電圧信号である線量検出信号の積算値と予め設定された閾値との比較結果に応じて前記検出パネルの動作を制御する制御ステップであり、
    放射線の照射中は前記複合画素以外の画素および前記主画素に電荷を蓄積させるとともに前記副画素から定期的に線量検出信号を読み出し、放射線の照射終了後に前記複合画素および前記複合画素以外の画素の全画素から蓄積電荷に基づく電圧信号である画像信号を読み出す制御ステップと、
    前記複合画素の画像信号が前記複合画素以外の画素から出力されたと同じになるように補正する補正ステップと、
    前記複合画素以外の画素の画像信号および前記第一補正手段で補正された前記複合画素の画像信号を元に放射線画像を生成する画像生成ステップとを備えることを特徴とする放射線画像検出装置の駆動方法。

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