JP2010212741A - 放射線画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセット補正の精度を落とすことなく、補正時間を短縮することのできる放射線画像検出装置を提供する。
【解決手段】電荷を生成し蓄積するフォトダイオード１５２と、フォトダイオード１５２において、放射線が照射されたときに生成する電荷を蓄積時間Ｔ０の間蓄積させた後、蓄積した電荷を撮像信号として読み出す信号読出し回路１７と、フォトダイオード１５２において、放射線が照射されないときに生成する電荷を蓄積時間Ｔ１の間蓄積させた後、蓄積した電荷をオフセット信号として読み出す信号読出し回路１７と、撮像信号に対して、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づくオフセット補正を行う画像データ補正部２８と、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、放射線画像検出装置に関するものである。

従来から、医療診断を目的とする放射線撮影分野においては、被写体に放射線を照射してその被写体を透過した放射線の強度分布を検出することにより、当該被写体の放射線画像を得る放射線画像撮影システムが広く知られている。また、近年の放射線画像撮影システムでは、多数の光電変換素子をマトリクス状に配した薄型平板状の所謂「フラットパネルディテクタ（Flat Panel Detector）（以下「ＦＰＤ」と称する。）」という放射線画像検出装置が開発・使用されている。ＦＰＤは、被写体を透過した放射線を検出して電気信号に光電変換し、光電変換後の電気信号を画像処理することにより容易かつ迅速に被写体の放射線画像を得ることができるようになっている。

前記放射線画像検出装置は、システムの一部として所定位置に据え置かれる据置型のものと、持ち運び自在の携帯型（カセッテ型）のものとに大別され、運搬や取扱いの容易性の見地から最近ではカセッテ型の放射線画像検出装置の利用が広く検討されている。

このようなカセッテ型の放射線画像検出装置においては、放射線画像検出装置を駆動させるための電源を備える必要があり、内蔵型の電池や取り外し可能な電池等を備える構成のものが知られている。

放射線画像検出装置では、撮影条件等に応じて放射線が照射されると所定時間電荷を蓄積し、その後電荷を読み出すことにより撮像信号を取得するようになっている。また、検知手段の出力に基づく放射線照射終了の判断に応じて、撮像手段を電荷蓄積状態から電荷に基づく信号を読み出す信号読み出し状態に移行させる技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような放射線画像検出装置においては、放射線を照射していないときでも、時間の経過とともに熱等に起因して各画素ごとに電荷が発生してしまう。これを暗電流（放射線の照射以外の要因）によるノイズ（オフセット成分）といい、放射線撮影画像からこの暗電流によるノイズ（オフセット成分）を除去する、いわゆるオフセット補正を行わなければ高品質の画像を得ることができない。オフセット補正は、具体的には、放射線を照射しない未露光の状態で画像信号（オフセット信号）を取得しておき、それを放射線画像撮影によって得られた撮像信号から減算するという手法によって行われる。
しかし、この暗電流によるノイズは、時間や条件が異なると現れ方が異なるため、精度よくオフセット補正を行うためには、できるだけ放射線画像撮影との時間差のない段階でオフセット信号を取得する必要がある。

そこで、従来、主として据置型の放射線画像検出装置において、非撮影時にも定期的にオフセット信号（暗電流画像）を取得して記憶部等に記憶させておき、放射線画像撮影が行われたときにはその直近に取得されたオフセット信号を用いてオフセット補正を行う技術が知られている。例えば、特許文献２には、非撮影時において放射線画像検出装置の初期化と暗電流画像の取得とを繰り返し行うことが開示されている。また、特許文献３には、放射線画像の撮影メニューに応じて取得する暗電流画像の数を決定する技術が提案されている。さらに、特許文献４には、撮影時間を数種に限定することによりプレビュ画像についてのオフセット補正に用いる暗電流画像は撮影の前に取得する技術が開示されている。

オフセット信号には、様々なノイズが載っているため、このノイズを平均化してノイズの影響を除去する必要がある。このため、特許文献２から特許文献４に記載されている技術では、放射線画像撮影の際の電荷の蓄積時間と同じ蓄積時間だけ暗電流を蓄積して得られるオフセット信号（暗電流画像）を複数回取得して、オフセット補正を行う際にはこれらの平均値を取った上で補正を行うという手法が採用されている。
特許第３４１３０８４号公報 特開２００２−３６９０８４号公報 特開２００３−１９４９４９号公報 特開２００４−３４３５２５号公報

しかしながら、特に電池等で駆動するカセッテ型の放射線画像検出装置を長時間の使用に耐えるようにするためには、できるだけ省電力化を図る必要があり、撮影に使用していないときには電源をＯＦＦにしておくことが好ましい。しかし、非撮影時にも随時オフセット信号を取得するものでは、非撮影時に電源をＯＦＦにしておくことができないとの問題がある。

そこで、撮影直後にオフセット画像を取得することが考えられるが、撮影直後にはできるだけ早期に放射線撮影画像を確認したいという要請があり、複数回の電荷蓄積、電荷の読出しを繰り返すことは好ましくない。

また、特許文献２から特許文献４に記載の技術では、放射線画像撮影の際の電荷の蓄積時間と同じ蓄積時間だけ暗電流を蓄積してオフセット信号を取得するようにしているが、例えば、特許文献１に記載の技術のように、検知手段の検知結果に基づいて放射線照射終了を判断し、これに応じて、電荷の読出しタイミング、すなわち電荷の蓄積時間をどの程度とするかを決定する場合には、放射線画像撮影の際の電荷の蓄積時間と同じ蓄積時間を予め知ることができない。このため、オフセット信号を得るための電荷の蓄積時間を適正に判断することができず、精度の高いオフセット補正を行うことができないとの問題もある。

そこで、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、オフセット補正の精度を落とすことなく、補正時間を短縮することのできる放射線画像検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の放射線画像検出装置は、
電荷を生成し蓄積する撮像素子と、
前記撮像素子において、放射線が照射されたときに生成する電荷を蓄積時間Ｔ０の間蓄積させた後、蓄積した電荷を撮像信号として読み出す撮像信号読出し部と、
前記撮像素子において、放射線が照射されないときに生成する電荷を蓄積時間Ｔ１の間蓄積させた後、蓄積した電荷をオフセット信号として読み出すオフセット信号読出し部と、
前記撮像信号に対して、前記オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づくオフセット補正を行う補正部と、
を備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線画像検出装置において、
Ｔ０＜Ｔ１であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の放射線画像検出装置において、
放射線の照射を検知する検知手段と、
前記検知手段の出力に基づく放射線照射開始又は放射線照射終了の判断に応じて前記蓄積時間Ｔ０を決定し、前記撮像信号読出し部による撮像信号の読出しタイミングを制御する制御手段と、
を備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、撮像信号を得るための蓄積時間Ｔ０、オフセット信号を得るための蓄積時間Ｔ１としたとき、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づいて撮像信号に対するオフセット補正を行う。このため、オフセット信号の読出し時間を短縮することができ、複数回に分けてオフセット信号を取得する場合と比較して、オフセット補正の精度を低下させることなく、オフセット補正に要する時間を最小限に抑えることができるとの効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、Ｔ０＜Ｔ１であるので、オフセット信号にノイズが含まれている場合でも、これを平均化して適切な補正信号を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、電荷の蓄積時間Ｔ０が予め定められたものではなく、放射線照射開始又は放射線照射終了の判断に応じて蓄積時間Ｔ０が決定される。このように電荷の蓄積時間が任意に変動しうる場合でも、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づいて撮像信号に対するオフセット補正を行うので、蓄積時間Ｔ０が予め特定できない場合でも、適切に補正信号を生成することができるので、放射線画像撮影の際の電荷の蓄積時間と同じ蓄積時間だけ暗電流を蓄積して得たオフセット信号を複数回取得して補正を行う場合と比較して、精度よくオフセット補正を行うことができる。

以下の説明は、発明を実施するために発明者が最良と認識している形態を示すものであり、発明の範囲や、請求の範囲に用いられている用語を一見、断定又は定義するような表現もあるが、これらは、あくまで、発明者が最良と認識している形態を特定するための表現であり、発明の範囲や、請求の範囲に用いられている用語を特定又は限定するものではない。

以下、図１から図１０を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る放射線画像検出装置を適用した放射線画像撮影システムの一実施形態の概略構成を示す図である。

本実施形態による放射線画像撮影システム１は、例えば、病院内で行われる放射線画像撮影において適用されるシステムであり、図１に示すように、撮影や患者に関する各種の情報等を管理するサーバ２と、放射線画像撮影に関する操作を行う撮影操作装置３と、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線通信方式による通信を行うための基地局４と、放射線画像検出装置５を操作するとともに放射線画像検出装置５により検出された放射線画像の画像処理等を行うコンソール６とがネットワーク７を通じて接続されている。

撮影操作装置３にはケーブル８を介して、被写体９である患者に放射線を照射して放射線画像の撮影を行う放射線画像撮影装置１０が接続されている。放射線画像撮影装置１０及び放射線画像検出装置５は、例えば１つの撮影室１１内に１つずつ設置されており、撮影操作装置３によって放射線画像撮影装置１０を操作し放射線画像検出装置５によって放射線画像を検出することによって放射線画像情報を得ることができるようになっている。なお、１つの撮影室１１に複数の放射線画像検出装置５が備えられていてもよい。

ネットワーク７は、当該システム専用の通信回線であっても良いが、システム構成の自由度が低くなってしまう等の理由のため、イーサネット（Ethernet；登録商標）等の既存の回線である方が好ましい。ネットワーク７には、ここに例示したものの他、他の撮影室１１の放射線画像撮影装置１０を操作する撮影操作装置３や放射線画像検出装置５、コンソール６が複数接続されていてもよい。

撮影操作装置３は、操作パネル等から構成され放射線画像撮影装置１０を操作する、例えば撮影条件等の信号を入力する入力操作部、撮影条件等の情報や各種の指示等を表示する表示部、及び放射線画像撮影装置１０に対して電力を供給する電源部等（いずれも図示せず）を備えて構成されている。

放射線画像撮影装置１０は、撮影室１１の内部に配置され、放射線源１２を有しており、この放射線源１２に管電圧が印加されることによって放射線が発生するようになっている。放射線源１２としては、例えば、放射線管が用いられ、放射線管は熱励起によって生ずる電子を高電圧で加速して陰極に衝突させることで、放射線を発生するようになっている。

本実施形態において、放射線画像検出装置５は、放射線源１２から照射されて被写体９を透過した放射線を検出して放射線画像を取得するものであり、撮影を行う際に放射線源１２から照射される放射線の照射範囲に配置されるようになっている。放射線画像検出装置５は、例えば、図１に示すように、被写体９と被写体９を載置する寝台１３との間に配置されるが、放射線画像検出装置５を配置する位置はこれに限定されず、例えば、寝台１３の下方に放射線画像検出装置５を装着する検出装置装着口（図示しない）を設けて、放射線画像検出装置５がこの検出装置装着口に装着されるようにしてもよい。

本実施形態において、放射線画像検出装置５は、フラットパネル型の放射線画像検出装置５である。以下、図２及び図３を用いて、放射線画像検出装置５の構造について説明する。

図２に示すように、放射線画像検出装置５は、内部を保護する筐体１４を備えており、カセッテとして携帯可能に構成されている。

筐体１４の内部には、照射された放射線を電気信号に変換する撮像パネル１５が層を成して形成されている。撮像パネル１５における放射線の照射面側には、入射された放射線の強度に応じて発光を行う発光層（図示せず）が設けられている。

発光層は、一般にシンチレータ層と呼ばれるものであり、例えば、蛍光体を主たる成分とし、入射した放射線に基づいて、波長が３００ｎｍから８００ｎｍの電磁波、すなわち、可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波（光）を出力するようになっている。

この発光層で用いられる蛍光体は、例えば、ＣａＷＯ_４等を母体とするものや、ＣｓＩ：ＴｌやＣｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ａｇ等の母体内に発光中心物質が付活されたものを用いることができる。また、希土類元素をＭとしたとき、（Ｇｄ，Ｍ，Ｅｕ）_２Ｏ_３の一般式で示される蛍光体を用いることができる。特に、放射線吸収及び発光効率が高いことよりＣｓＩ：ＴｌやＣｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂが好ましく、これらを用いることで、ノイズの低い高画質の画像を得ることができる。

この発光層の放射線が照射される側の面と反対側の面には、発光層から出力された電磁波（光）を電気エネルギーに変換して蓄積し、蓄積された電気エネルギーに基づく画像信号の出力を行う信号検出部１５１が形成されている。

ここで、撮像パネル１５の回路構成について説明する。図３は、信号検出部１５１を構成する１画素分の光電変換部の等価回路図である。

図３に示すように、１画素分の光電変換部の構成は、フォトダイオード１５２と、フォトダイオード１５２で蓄積された電気エネルギーをスイッチングにより電気信号として取り出す薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」と称する。）１５３とから構成されている。フォトダイオード１５２は、電荷を生成し蓄積する撮像素子である。フォトダイオード１５２から取り出された電気信号は、増幅器１５４により信号読出し回路１７が検出可能なレベルにまで電気信号を増幅するようになっている。

増幅器１５４には、ＴＦＴ１５３とコンデンサで構成された図示しないリセット回路が接続されており、ＴＦＴ１５３にスイッチを入れることにより蓄積された電気信号をリセットするリセット動作が行われるようになっている。また、フォトダイオード１５２は、単に規制キャパシタンスを有した光ダイオードでもよいし、フォトダイオード１５２と光電変換部のダイナミックレンジを改良するように追加コンデンサを並列に含んでいるものでもよい。

図４は、このような光電変換部を二次元に配列した等価回路図であり、画素間には、走査線Ｌｌと信号線Ｌｒが直交するように配設されている。前述のフォトダイオード１５２には、ＴＦＴ１５３が接続されており、ＴＦＴ１５３が接続されている側のフォトダイオード１５２の一端はＴＦＴ１５３を介して信号線Ｌｒに接続されている。一方、フォトダイオード１５２の他端は、各行に配された隣接するフォトダイオード１５２の一端と接続されて共通のバイアス線Ｌｂを通じてバイアス電源１５５に接続されている。

このバイアス電源１５５の一端は本体制御部２７に接続され、本体制御部２７からの指示によりバイアス線Ｌｂを通じてフォトダイオード１５２に電圧がかかるようになっている。また各行に配されたＴＦＴ１５３は、共通の走査線Ｌｌに接続されており、走査線Ｌｌは走査駆動回路１６を介して本体制御部２７に接続されている。同様に、各列に配されたフォトダイオード１５２は、共通の信号線Ｌｒに接続されて本体制御部２７に制御される信号読出し回路１７に接続されている。

信号読出し回路１７には、前述した信号線Ｌｒごとの増幅器１５４が設けられており、各増幅器１５４にはそれぞれサンプルホールド回路１５６が接続されている。各サンプルホールド回路１５６は信号読出し回路１７に設けられたアナログマルチプレクサ１５７に接続されており、信号読出し回路１７により読み出された信号は、アナログマルチプレクサ１５７からＡ／Ｄ変換機１５８を介して前述した本体制御部２７に出力されるようになっている。

なお、ＴＦＴ１５３は、液晶ディスプレイ等に使用されている無機半導体系のもの、有機半導体を用いたもののいずれであってもよい。

また、本実施形態では、撮像素子として光電変換素子としてのフォトダイオード１５２を用いた場合を例示したが、光電変換素子はフォトダイオード以外の固体撮像素子を用いてもよい。

この信号検出部１５１の側部には、図２に示すように各光電変換素子にパルスを送って当該各光電変換素子を走査・駆動させる走査駆動回路１６と、各光電変換素子に蓄積された電気エネルギーを読み出す信号読出し回路１７とが配されている。

また、放射線画像検出装置５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリなどの書き換え可能な読出し専用メモリ等からなる画像記憶部１８を備えており、画像記憶部１８は、撮像パネル１５から出力された画像信号を記憶するようになっている。画像記憶部１８は内蔵型のメモリでもよいし、メモリカード等の着脱可能なメモリでもよい。

また、放射線画像検出装置５には、放射線画像検出装置５を構成する複数の駆動部（例えば、走査駆動回路１６、信号読出し回路１７、通信部２４（後述）、画像記憶部１８、充電量検出部（図示せず）、インジケータ２５（後述）、入力操作部２６（後述）、撮像パネル１５など）に電力を供給する電力供給源として充電池２１が設けられている。

充電池２１としては、例えばニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、小型シール鉛電池、鉛蓄電池等の充電自在な電池を適用することができる。また、充電池２１に代えて、燃料電池等を適用してもよい。

筐体１４の一端には充電用の端子２２が形成されており、例えば、図１に示すように、放射線画像検出装置５を外部電源と接続されるクレードル等の充電用装置２３に装着することによって充電用装置２３側の端子（図示せず）と筐体１４側の端子２２とが接続されて充電池２１の充電が行われるようになっている。なお、電力供給源としての充電池２１の形状は、図２に例示したものに限定されず、例えば、撮像パネル１５と平行してプレート状の電池を設けるようにしてもよい。電池をこのような形状とすることにより、撮像パネル１５の面積をより大きくすることができ、撮像可能領域を広くすることが可能となる。

また、放射線画像検出装置５には、コンソール６等の外部装置との間で各種信号の送受信を行う通信部２４（図５参照）が設けられている。通信部２４は、例えば、撮像パネル１５から出力された画像信号をコンソール６に転送したり、コンソール６等から送信される撮影開始信号、等を受信するようになっている。

また、筐体１４の表面には、放射線画像検出装置５に照射される放射線を検知するフォトタイマ２９（図５参照）が設けられている。本実施形態においては、このフォトタイマ２９が放射線の照射を検知する検知手段として機能し、検知結果を本体制御部２７に対して出力するようになっている。なお、検知手段はフォトタイマ２９に限定されない。また、検知手段は必須の構成要素ではなく、フォトタイマ２９を設けない構成とすることもできる。

また、筐体１４の表面一端には、充電池２１の充電状況や各種の操作状況等を表示するインジケータ２５が設けられており、操作者が放射線画像検出装置５の充電池２１の充電状況等を目視にて確認することができるようになっている。

筐体１４の外部には、放射線技師等の操作者が各種の指示等を入力設定する入力操作部２６が設けられている。入力操作部２６から入力される内容としては、例えば、撮影条件や患者の識別情報、放射線画像検出装置５の動作状態の選択設定等が挙げられるが、入力操作部２６から入力することのできる内容は、ここに例示したものに限定されない。
なお、本実施形態においては、放射線画像検出装置５の動作状態として、例えば、放射線画像検出装置５を構成する部材のうち、一連の撮影動作に用いられる各駆動部全てに電力が供給され全てが稼動している状態である「撮影可能状態」、撮影可能状態よりも消費電力が少ない「撮影待機状態」、放射線画像検出装置５の各駆動部に対する電力供給を全て停止した、完全な省電力状態である「撮影休止状態」が選択可能となっている。
なお、本実施形態において、放射線画像検出装置５は充電池２１によって各駆動部に対する電力供給を行うものである。したがって、消費電力量を抑えつつも迅速で効率のよい撮影動作を実現するべく、放射線画像検出装置５の動作状態は、デフォルトとして「撮影待機状態」が選択設定されることが好ましい。一方、撮影予定がしばらくないような場合には基本状態として撮影休止状態を選択できるようにしてもよい。

放射線画像検出装置５の機能的構成について図５を用いて説明する。
放射線画像検出装置５は、本体制御部２７及び画像データ補正部２８を有する制御装置３０を備えている。本体制御部２７及び画像データ補正部２８は、例えば、汎用のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（いずれも図示せず）から構成されており、ＲＯＭに格納される所定のプログラムを読み出してＲＡＭの作業領域に展開し、当該プログラムに従ってＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

本体制御部２７には、入力操作部２６から入力された情報や通信部２４から受信された情報等が電気信号として送られるようになっており、本体制御部２７は、送られた信号に基づいて各部の制御を行うようになっている。

放射線画像検出装置５は図示しない充電量検知手段を備えており、本体制御部２７には、充電量検知手段によって検知された充電池２１の充電状況（例えば、充電池２１の電圧値）が信号として送られるようになっており、本体制御部２７は、送られた信号に基づいて充電池２１の充電量等をインジケータ２５に表示させるようになっている。

また、放射線画像検出装置５がいかなる動作状態にあるかは、本体制御部２７により前記通信部２４を介してコンソール６に随時送信されるようになっている。

また、本体制御部２７は、操作者による入力操作部２６の入力操作で放射線画像検出装置５の動作状態が選択設定された場合に、操作者により選択設定された動作状態を認識し、その認識した動作状態となるように充電池２１から各駆動部への電力供給を制御して各駆動部の稼動状態を制御するようになっている。

また、本体制御部２７は、走査駆動回路１６を駆動させて各光電変換素子にパルスを送り当該各光電変換素子を走査・駆動させるようになっている。そして、各光電変換素子に蓄積された電気エネルギーを読み出す信号読出し回路１７によって読み出され、読み出された画像信号は本体制御部２７に送られるようになっている。
本実施形態において、信号読出し回路１７は、撮像素子であるフォトダイオード１５２において、放射線が照射されたときに蓄積時間Ｔ０の間、生成・蓄積された電荷を撮像信号として読み出す撮像信号読出し部として機能する。また、信号読出し回路１７は、撮像素子であるフォトダイオード１５２において、放射線が照射されないときに蓄積時間Ｔ１の間、生成・蓄積された電荷をオフセット信号として読み出すオフセット信号読出し部として機能する。
また、本体制御部２７は信号読出し回路１７から送られた撮像信号及びオフセット信号を後述する画像データ補正部２８に送るようになっている。撮像信号は、画像データ補正部２８において補正された上で、画像記憶部１８に送られ、被写体９の放射線画像情報として記憶される。また、画像記憶部１８に記憶された画像信号は、通信部２４を介して適宜コンソール６に送られるようになっている。

また、本体制御部２７は、検知手段であるフォトタイマ２９からの出力に基づいて放射線照射開始又は放射線照射終了の判断を行い、これに応じて、放射線が照射されたときにフォトダイオード１５２において電荷を生成・蓄積する蓄積時間Ｔ０（撮像信号取得時の電荷の蓄積時間）を決定し、撮像信号読出し部である信号読出し回路１７による撮像信号の読出しタイミングを制御する制御手段として機能する。
また、本体制御部２７は、入力操作部２６等から入力された撮影条件及び上記蓄積時間Ｔ０等に基づいて、放射線が照射されないときにフォトダイオード１５２において電荷を生成・蓄積する蓄積時間Ｔ１（オフセット信号取得時の電荷の蓄積時間）を決定し、オフセット信号読出し部である信号読出し回路１７によるオフセット信号の読出しタイミングを制御する。

なお、撮像信号取得時の電荷の蓄積時間Ｔ０と、オフセット信号取得時の電荷の蓄積時間Ｔ１との関係は、Ｔ０＜Ｔ１となっており、Ｔ１はＴ０のＮ倍となっている。なお、Ｎは整数に限定されない。例えばＮ＝３．５等としてもよい。
例えば、放射線画像検出装置５のフォトダイオード１５２に影響を及ぼす暗電流が変動しやすい条件のときには、本体制御部２７は、蓄積時間Ｔ１を長めに取る、すなわちＮの値を大きくするようになっている。
また、放射線の照射量が多かった場合には、電荷がフォトダイオード１５２に残留し、放射線画像撮影直後のオフセット信号には暗電流だけではなく直前の放射線照射によってフォトダイオード１５２に残留している電荷が出てくることがある。このため、撮影条件等から放射線の照射量が多いと判断される場合には、本体制御部２７が、蓄積時間Ｔ１を長めに取る、すなわちＮの値を大きくするようになっていてもよい。このように蓄積時間Ｔ１を長くすることにより、暗電流の変動やフォトダイオード１５２に残留する電荷の影響等を緩和して、オフセット補正を行うのに適したオフセット信号を取得することができる。

なお、本体制御部２７が、蓄積時間Ｔ１を決定する要素はここに例示したものに限定されない。また、蓄積時間Ｔ１は、予め当該放射線画像検出装置５ごと、又は撮影条件や蓄積時間Ｔ０の長さ等に応じて、デフォルトとして所定の値が設定されていてもよいし、入力操作部２６等から操作者が入力、設定したものでもよい。なお、後述するように、蓄積時間Ｔ１が長いほどオフセット補正を行うのに適したオフセット信号を取得することができるが、他方で、蓄積時間Ｔ１を長くするとオフセット補正に時間がかかり、即時に撮影した画像を確認できるという放射線画像検出装置５のメリットが損なわれる。このため、Ｎは７〜８程度、好ましくは１０程度とすることが望ましい。

ここで、図６を参照しつつ、本体制御部２７による撮像信号の読出しタイミング及びオフセット信号の読出しタイミングの制御について説明する。
図６は、図４のうち、説明の便宜上任意の４つのフォトダイオード１５２を抜き出して、スイッチのＯＮ／ＯＦＦによる動作状況を説明するための説明図である。

放射線画像検出装置５は、図４及び図６に示す各行と各列ごとに順次フォトダイオード１５２から電荷を読み出していくようになっている。
これを図６に基づいて具体的に説明すると、まず、ＳＷｒ１及びＳＷｒ２は各行のスイッチになっており、ＳＷｃ１及びＳＷｃ２は各列のスイッチになっている。各スイッチは本体制御部２７による制御に従ってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるようになっている。
ＳＷｒ１は図６の１行目のフォトダイオード１５２ａ，１５２ｂのスイッチにあたり、本体制御部２７からの指示信号に従ってＳＷｒ１をＯＮとすると、１行目のＴＦＴ１５３ａ，１５３ｂがＯＮとなり、フォトダイオード１５２ａ，１５２ｂに蓄積されている電荷が同時に増幅器１５４の方に流れていく。同様に、ＳＷｒ２は図６の２行目のフォトダイオード１５２ｃ，１５２ｄのスイッチにあたり、ＳＷｒ２をＯＮとすると、２行目のＴＦＴ１５３ｃ，１５３ｄがＯＮとなり、フォトダイオード１５２ｃ，１５２ｄに蓄積されている電荷が同時に増幅器１５４の方に流れていく。
次に、ＳＷｃ１は図６の１列目のフォトダイオード１５２ａ，１５２ｃのスイッチにあたり、本体制御部２７からの指示信号に従ってＳＷｃ１をＯＮとすると、フォトダイオード１５２ａ又は１５２ｃに蓄積されている電荷が信号読出し回路１７に読み出されるようになっている。また、ＳＷｃ２は図６の２列目のフォトダイオード１５２ｂ，１５２ｄのスイッチにあたり、ＳＷｃ２をＯＮとすると、フォトダイオード１５２ｂ又は１５２ｄに蓄積されている電荷が信号読出し回路１７に読み出されるようになっている。

また、画像データ補正部２８は、信号読出し回路１７により取得された撮像信号に対して、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づいてオフセット補正を行う補正部である。例えば、Ｔ１がＴ０×７（Ｎ＝７）である場合には、オフセット信号を７分の１したものを撮像信号から差し引くことによって、撮像信号に乗っているオフセット成分（暗電流によるノイズ）を除去するようになっている。
補正後の撮像信号は、画像データ補正部２８から画像記憶部１８に送られ、被写体９の放射線画像情報として記憶される。

コンソール６の機能的構成について図７を用いて説明する。
コンソール６は、例えば、汎用のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（いずれも図示せず）から構成された制御部４０を有する制御装置４１を備えており、制御部４０は、ＲＯＭに格納される所定のプログラムを読み出してＲＡＭの作業領域に展開し、当該プログラムに従ってＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。

また、コンソール６は、各種の指示等を入力する入力操作部４２、画像や各種のメッセージ等を表示する表示部４３、放射線画像検出装置５等の外部装置との間で信号の送受信を行う通信部４４等を備えている。

入力操作部４２は、例えば、操作パネルやキーボードやマウス等から構成されており、操作パネル又はキーボードで押下操作されたキーの押下信号やマウスによる操作信号を入力信号として制御部４０に対して出力するようになっている。

表示部４３は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を備えて構成されており、制御部４０から出力される表示信号の指示に従って、サムネイル画像等の放射線画像や入力操作部４２から入力された各種の情報等の各種情報を表示するようになっている。

本実施形態において、表示部４３には、放射線画像検出装置５から送られた放射線画像情報の他、放射線画像検出装置５の充電池２１の充電量や、充電池２１の充電が完了したか否か、放射線画像検出装置５の動作状態等、放射線画像検出装置５の通信部４４を介して送られてくる各種の情報が表示されるようになっている。なお、表示部４３に表示される内容はここに例示したものに限定されず、さらに多くの情報が表示されるようにしてもよい。また、ここに例示したすべてが表示されるものでなくてもよく、これらのうち少なくともいずれか一以上が表示されるようにしてもよい。

通信部４４は、無線ＬＡＮ等の無線通信方式により、基地局４を介して、放射線画像検出装置５との間で各種情報の通信を行うものである。

制御部４０には、入力操作部４２から入力された信号や通信部４４を介して外部から受信した信号等が送られるようになっている。さらに制御部４０は、例えば、放射線画像検出装置５により検出された放射線画像情報に基づいて所定の画像処理を行うことによりサムネイル画像や医師等が所望する放射線画像を得るようになっている。

次に、図６及び図８から図１０を参照しながら、本実施形態に係る放射線画像検出装置５を備える放射線画像撮影システム１の作用について説明する。

図８は、図６に示した４つのフォトダイオード１５２からの信号の読出しを説明するためのタイミングチャートである。
コンソール６の入力操作部４２等から放射線画像撮影を開始する旨の指示が入力されると、図８に示すように、コンソール６から放射線画像検出装置５に対して、撮影準備ができたかを問い合わせる放射線照射要求信号が送信され（ｔ１）、放射線画像検出装置５側からコンソール６に対して撮影準備ができている旨の信号が送信されると、コンソール６側から放射線画像撮影装置１０の放射線源１２に放射線照射許可信号が送信され（ｔ２）、放射線源１２から放射線が照射される（ｔ３）。照射された放射線はフォトタイマ２９で検知され、検知結果が信号として本体制御部２７に送られる。

本体制御部２７は、フォトタイマ２９からの信号に基づいて放射線照射開始（ｔ３）及び放射線照射終了（ｔ４）を判断し、撮像信号の読出しタイミングを決定して、電荷蓄積時間Ｔ０だけ、電荷を蓄積した後、ＳＷｒ１をＯＮとする（ｔ５）。これにより、１行目のＴＦＴ１５３ａ，１５３ｂがＯＮとなり、フォトダイオード１５２ａ，１５２ｂに蓄積されている電荷が同時に増幅器１５４に送られて信号が増幅される。次に、本体制御部２７は、ＳＷｃ１をＯＮとし（ｔ６）、図６の１列目のフォトダイオード１５２ａに蓄積され増幅器１５４によって増幅された電荷が信号読出し回路１７に読み出される。その後ＳＷｃ１をＯＦＦとして、ＳＷｃ２をＯＮにする（ｔ７）と、図６の２列目のフォトダイオード１５２ｂに蓄積され増幅器１５４によって増幅された電荷が信号読出し回路１７に読み出される。

続いて、本体制御部２７は、ＳＷｒ２をＯＮとし（ｔ８）、２行目のＴＦＴ１５３ｃ，１５３ｄをＯＮとする。これにより、フォトダイオード１５２ｃ，１５２ｄに蓄積されている電荷が同時に増幅器１５４に送られて信号が増幅される。次に、本体制御部２７は、ＳＷｃ１をＯＮとし（ｔ９）、図６の１列目のフォトダイオード１５２ｃに蓄積され増幅器１５４によって増幅された電荷が信号読出し回路１７に読み出される。その後ＳＷｃ１をＯＦＦとして、ＳＷｃ２をＯＮにする（ｔ１０）と、図６の２列目のフォトダイオード１５２ｄに蓄積され増幅器１５４によって増幅された電荷が信号読出し回路１７に読み出される。

すべてのフォトダイオード１５２から電荷が読み出されると、本体制御部２７はＳＷｃ２をＯＦＦとし（ｔ１１）、放射線が照射されない状態下で所定の電荷蓄積時間Ｔ１だけフォトダイオード１５２に電荷が蓄積される。そして、所定の電荷蓄積時間Ｔ１が経過すると、本体制御部２７は、撮像信号を読み出すときと同様に、まずＳＷｒ１をＯＮとして１行目のフォトダイオード１５２ａ，１５２ｂに蓄積された電荷を増幅器１５４で増幅する（ｔ１２）。その後、ＳＷｃ１をＯＮとして、図６の１列目のフォトダイオード１５２ｃに蓄積された電荷を読み出し（ｔ１３）、さらにＳＷｃ１をＯＦＦとして、ＳＷｃ２をＯＮにすることにより図６の２列目のフォトダイオード１５２ｄに蓄積された電荷を読み出す（ｔ１４）。１行目のフォトダイオード１５２ａ，１５２ｂについて電荷の読出しが完了すると（ｔ１５）、同様に２行目のフォトダイオード１５２ｃ，１５２ｄについても電荷の読出しが行われる（ｔ１５〜ｔ１６）。
これにより、電荷蓄積時間Ｔ０の電荷蓄積により得られた撮像信号と、電荷蓄積時間Ｔ１の電荷蓄積により得られたオフセット信号とが取得され、本体制御部２７は、これらの信号を画像データ補正部２８に送るようになっている。

次に、画像データ補正部２８は、撮像信号に対して、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づいてオフセット補正を行う。
補正後の撮像信号は、画像データ補正部２８から画像記憶部１８に送られ、被写体９の放射線画像情報として記憶される。

ここで、従来におけるオフセット信号の取得の仕方について、図７を参照しつつ説明する。なお、従来は放射線画像撮影前にオフセット信号を取得するのが一般であるが、ここでは本実施形態との比較の便宜のため、放射線画像撮影後にオフセット信号を取得する場合を例として説明する。
図９に示すように、撮像信号の取得が完了すると（ｔ２０）、放射線画像撮影の場合の電荷蓄積時間Ｔ０と同じ電荷蓄積時間Ｔ１（Ｔ０＝Ｔ１）だけ放射線を照射しない状態でフォトダイオードに電荷を蓄積させる（ｔ２１）。その後、本実施形態と同様にＳＷｒ１、ＳＷｒ２、ＳＷｃ１及びＳＷｃ２を順次ＯＮとすることにより、電荷を読み出して、まず１回目のオフセット信号を取得する（ｔ２２）。さらに、放射線画像撮影の場合の電荷蓄積時間Ｔ０と同じ電荷蓄積時間Ｔ１（Ｔ０＝Ｔ１）だけ放射線を照射しない状態でフォトダイオードに電荷を蓄積させ（ｔ２３）、同様の手順で２回目のオフセット画像を取得する（ｔ２４）。

なお、オフセット信号には、暗電流によるノイズが含まれているため、放射線画像撮影の場合と同じ電荷蓄積時間Ｔ０で１回のみオフセット信号を取得してオフセット補正を行った場合にはノイズを平均化することができず、適切な補正を行うことができない。このため、従来は、７回〜８回程度、好ましくは１０回程度オフセット信号を取得し、これを平均化することによってノイズを除去してオフセット補正を行っていた。
なお、前述のように、電荷蓄積時間Ｔ１は電荷蓄積時間Ｔ０のＮ倍の時間であり、Ｔ０＜Ｔ１との関係を満たすものである。図８では、電荷蓄積時間Ｔ１がＴ０×２、すなわち、Ｎ＝２である場合を例として示したが、電荷蓄積時間Ｔ１はこれに限定されない。

ここで、暗電流はショットノイズ系のノイズであるため、その分布は、平均値及び分散がともにＮとなるポワソン分布（Poisson distribution）に従っている。このため、オフセット信号を取得する回数をＮとしたとき、回数をＮ倍にするとノイズは１／√Ｎになるので、より多くの回数オフセット信号を取得してその平均値をとった方が、ノイズが平均化されノイズの影響を除去することができる。このことは、オフセット信号を取得する回数を増やした場合だけでなく、オフセット信号を取得する際の電荷蓄積時間Ｔ１を長くした場合にも同様に当てはまる。そこで、本実施形態では、電荷蓄積時間Ｔ１の短いオフセット信号を複数回取得する代わりに電荷蓄積時間Ｔ１を電荷蓄積時間Ｔ０のＮ倍とし、１回の読出しによって１回のオフセット信号を取得するようになっている。

なお、本実施形態のように電荷蓄積時間Ｔ１を長くして１回の読出しによりオフセット信号を得る場合には、電荷の読出しごとに発生するスイッチングによる電気ノイズの加算も最小限に抑えることができる。
すなわち、図１０に示すように、フォトダイオード１５２に蓄積されている電荷がゼロである初期値の状態から電荷の蓄積を開始して、一定時間経過後に電荷の読出し（１回目のオフセット信号取得）を行うと、フォトダイオード１５２に蓄積された電荷が読み出されて電荷量が低下していく（図１０中のＡ）。しかし、電荷を完全に読み出すことはできないため、読出しが終了しても初期値に戻らず、Ｖ_１近傍で揺らいでしまうという現象が生じる（図１０中のＢ）。これをスイッチングによる電気ノイズといい、図１０に示すように、複数回オフセット信号を取得しようとすると、１回目のオフセット信号読出し終了時には電気ノイズＶ_１が加算され２回目のオフセット信号読出し終了時には電気ノイズＶ_２が加算されるというように、その読出しの度にこの電気ノイズが加算され、読出し終了後のフォトダイオード１５２の電荷が初期値から離れていく。この点、本実施形態のように１回の読出しによりオフセット信号を取得する場合には、この電気ノイズＶ_１も１回で済み、電気ノイズの影響を最小限度に抑えることができる。

また本体制御部２７は、画像記憶部１８に記憶されている画像信号を適宜コンソール６に送信する。
コンソール６の制御部４０は、放射線画像検出装置５の本体制御部２７から画像信号を受信したか否かを判断し、画像信号を受信したと判断した場合には、制御部４０は、その画像信号に対し所定の画像処理を実行して、サムネイル画像や医師等が所望する放射線画像を取得し、その放射線画像を表示部４３に表示させる。

以上のように、本実施形態によれば、撮像信号を得るための蓄積時間Ｔ０、オフセット信号を得るための蓄積時間Ｔ１としたとき、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づいて撮像信号に対するオフセット補正を行う。このため、オフセット信号を得るための蓄積時間Ｔ１のみを長くして、オフセット信号の読出しを１回とすることができ、複数回に分けてオフセット信号を取得する場合と比較して、オフセット補正の精度を低下させることなく、オフセット補正に要する時間を最小限に抑えることができる。

また、オフセット信号の読出しを１回とすることにより、電荷の読出しごとに発生するスイッチングによる電気ノイズの加算も最小限に抑えることができる。

また、Ｔ０＜Ｔ１であるので、オフセット信号にノイズが含まれている場合でも、これを平均化して適切な補正信号を得ることができる。

また、Ｔ１はＴ０×Ｎであるが、Ｎは整数に限られないので、Ｔ１をＴ０の７．５倍に設定すること等が可能であり、オフセット信号を複数回取得してこれを平均化する場合と比較して、操作者や撮影条件に応じた柔軟な運用が可能となる。

また、電荷の蓄積時間Ｔ０が予め定められたものではなく、放射線照射開始又は放射線照射終了の判断に応じて決定される。このように電荷の蓄積時間が任意に変動しうる場合でも、オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づいて撮像信号に対するオフセット補正を行うので、蓄積時間Ｔ０が予め特定できない場合でも、適切に補正信号を生成することができるので、放射線画像撮影の際の電荷の蓄積時間と同じ蓄積時間だけ暗電流を蓄積して得たオフセット信号を複数回取得して補正を行う場合と比較して、精度よくオフセット補正を行うことができる。

なお、本実施形態体では、放射線画像撮影を行い撮像信号を取得した後で、オフセット信号を取得するようにしたが、オフセット信号を取得するタイミングはここに例示したものに限定されない。放射線画像撮影を行う前にオフセット信号を取得するようにしてもよい。

また、本実施形態では、検知手段であるフォトタイマ２９により放射線照射の開始又は終了を検知して、これに基づいて電荷の蓄積時間Ｔ０を決定するように構成したが、電荷の蓄積時間Ｔ０を決定する手法はこれに限定されない。
例えば、放射線画像検出装置５の入力操作部２６やコンソール６の入力操作部４２から操作者等が入力することにより、当該放射線撮影における電荷の蓄積時間Ｔ０が決定されるようにしてもよいし、予め撮影条件等に応じて電荷の蓄積時間Ｔ０が設定され、撮影条件等が入力されることにより、これに対応する電荷の蓄積時間Ｔ０が決定されるようにしてもよい。
また、電荷の蓄積時間Ｔ０は、本体制御部２７において決定される場合に限定されず、例えば、電化蓄積時間Ｔ０を計時するタイマ機能を本体制御部２７に持たせ、Ｔ０を計測し、計測されたＴ０に基づいてオフセット信号をＴ０／Ｔ１倍するようにしてもよい。

その他、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

放射線画像撮影システムの一実施形態を例示する概略構成を示す図である。 放射線画像検出装置の要部構成を示す斜視図である。 光電変換層を構成する光電変換部の１画素分の等価回路構成図である。 図３に示す光電変換部を二次元に配列した等価回路構成図である。 放射線画像検出装置の要部構成を示すブロック図である。 図４に示す光電変換部の一部を表す等価回路構成図である。 コンソールの要部構成を示すブロック図である。 本実施形態における撮像信号及びオフセット信号を取得するタイミングを示したタイミングチャートである。 比較例における撮像信号及びオフセット信号を取得するタイミングを示したタイミングチャートである。 スイッチングによる電気ノイズについて説明するグラフである。

符号の説明

１ 放射線画像撮影システム
５ 放射線画像検出装置
６ コンソール
１６ 走査駆動回路
１７ 信号読出し回路
２７ 本体制御部
２８ 画像データ補正部
２９ フォトタイマ
３０ 制御装置

Claims (3)

1. 電荷を生成し蓄積する撮像素子と、
   前記撮像素子において、放射線が照射されたときに生成する電荷を蓄積時間Ｔ０の間蓄積させた後、蓄積した電荷を撮像信号として読み出す撮像信号読出し部と、
   前記撮像素子において、放射線が照射されないときに生成する電荷を蓄積時間Ｔ１の間蓄積させた後、蓄積した電荷をオフセット信号として読み出すオフセット信号読出し部と、
   前記撮像信号に対して、前記オフセット信号をＴ０／Ｔ１倍した補正信号に基づくオフセット補正を行う補正部と、
   を備えていることを特徴とする放射線画像検出装置。
2. Ｔ０＜Ｔ１であ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. 放射線の照射を検知する検知手段と、
   前記検知手段の出力に基づく放射線照射開始又は放射線照射終了の判断に応じて前記蓄積時間Ｔ０を決定し、前記撮像信号読出し部による撮像信号の読み出しタイミングを制御する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射線画像検出装置。

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