JP5159161B2 - 放射線撮像装置、放射線撮像システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置、及び放射線撮像システムに関し、より具体的には、医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に好適に用いられる放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。なお、本発明において、放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、含まれるものとする。

近年、Ｘ線による医療画像診断や非破壊検査に用いる放射線撮影装置としては、半導体材料によって形成された平面型の放射線検出部（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このＦＰＤを用いた放射線撮像装置は、患者などの被検体を透過したＸ線などの放射線をＦＰＤでアナログ電気信号に変換し、そのアナログ電気信号をアナログデジタル変換してデジタル画像信号を取得するデジタル撮影が可能な装置である。このＦＰＤとしては、直接変換型と間接変換型に大別される。直接変換型の放射線撮像装置は、ａ−Ｓｅなどの放射線を直接電荷に変換可能な半導体材料を用いた変換素子を含む画素が、二次元に複数配列されたＦＰＤを有する装置である。間接変換型の放射線撮像装置は、放射線を光に変換可能な蛍光体などの波長変換体と、光を電荷に変換可能なａ−Ｓｉなどの半導体材料を用いた光電変換素子と、を有する変換素子を含む画素が、二次元に複数配列されたＦＰＤを有する装置である。間接変換型の放射線撮像装置としては、例えば特許文献１に開示されている。これらＦＰＤを有する放射線撮像装置は、放射線画像をデジタル情報に置き換えることができるため、画像情報を遠方にしかも瞬時に伝送することが可能になる。このようなＦＰＤを有する放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮像装置として用いられている。

このような半導体材料を用いたＦＰＤを有する放射線撮像装置にとって、消費電力の低減が課題となる。特許文献２には、照射シーケンスとイメージングのサイクルが完了するまでは、ＦＰＤと、ＦＰＤを駆動する駆動回路、またＦＰＤからの信号を読み出す読み出し回路の電源をオンする。そして、それ以外の期間はアイドル状態または電源オフ状態とし、消費電力を低減することが開示されている。
特開平０８−１１６０４４号公報 特開２００５−２７０６５６号公報

しかしながら、特許文献２に記載されている方法でも、更なる消費電力の低減が求められている。特に、照射シーケンスとイメージングのサイクルが長時間継続される透視撮影などの動画撮影においては、更なる消費電力の低減が求められる。半導体材料を用いたＦＰＤを有する放射線撮像装置においては、ＦＰＤから読み出される信号にノイズが混入する恐れを低減するために、演算増幅器やサンプルホールド回路やアナログマルチプレクサなどを有するＩＣなどの読み出し回路はＦＰＤの近傍に配置される。演算増幅器はＦＰＤの列方向の画素に接続された信号配線ごとに設けられており、ＦＰＤの画素数が多いほど必要とされる演算増幅器及び読み出し回路は多くなる。特に、胸部の撮影が可能な、例えば４１ｃｍ×４１ｃｍの面積のＦＰＤでは、例えば画素のピッチを１６０μｍとすると、２５６０×２５６０個の画素が設けられていることとなる。そのようなＦＰＤに対して信号配線ごとに演算増幅器及び読み出し回路を設けている。このように多数の演算増幅器を有する読み出し回路では、消費電力及び発熱が大きく、それによりノイズ（熱雑音等）が増加する。特に動画撮影においては、照射シーケンスとイメージングのサイクルが長時間継続され、読み出し回路による読み出し動作も高速で且つ長時間に渡って繰り返し行われる。そのため、読み出し回路での消費電力及び発熱は更に大きくなり、ノイズの影響が更に増大する。また、読み出し回路はＦＰＤの近傍に配置されているため、ＦＰＤ内の画素の特性が面内で分布異を持ち、撮影した画像にアーティファクトが発生する。これらノイズやアーティファクトは、低放射線量での撮影が求められる放射線撮像装置においては、微小な放射線もしくはそれに基づく光によって画像信号を取得しなければならず、信号対ノイズ比（以下Ｓ／Ｎと略す）の観点から特に顕著な問題となる。

また、読み出し回路の後段には、読み出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と略す）を有している。Ａ／Ｄ変換器は、ＦＰＤの画素数及び読み出し時間に応じて複数設けられている。そのため画像を高速に読み出す動画撮影においては、多数のＡ／Ｄ変換器が必要となり、演算増幅器と同様に消費電力が大きく発熱する。Ａ／Ｄ変換器は、発熱に伴う温度変化によりアナログデジタル変換特性が変動する可能性がある。それにより連続して取得される画像の間でアナログデジタル変換特性が異なり、動画像として不連続な画像が生じる恐れがある。

更に、これらＡ／Ｄ変換器の後段には、システム内の画像処理装置にデジタル信号を伝送する信号伝送部を有している。この信号伝送部も、ＦＰＤの画素数、読み出し時間及びＡ／Ｄ変換器の数に応じて複数設けられている。そのため画像を高速に読み出す動画撮影においては、多数の信号伝送部が必要となり、こちらも消費電力が大きく発熱する。

本発明は、透視撮影などの動画撮影中に演算増幅器などの読み出し回路とＡ／Ｄ変換器での発熱を抑え、アーティファクトがなくまた画像に違和感のない動画撮影が可能な放射線撮像装置を提供することを目的とする。また本発明は、動画撮影中に信号伝送部での発熱を抑え、アーティファクトのない動画撮影が可能な放射線撮像装置を提供することを目的とする。

本発明における放射線撮像装置は、二次元に複数配列された画素を有し、入射した放射線に基づく電気信号を検出する放射線検出部と、該電気信号を読み出す読み出し回路から読み出された前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を含み、前記放射線検出部に複数回入射する放射線に応じた複数の放射線画像信号の取得を行う動画撮影を行う放射線撮像装置であって、 ｎ回目（ｎは自然数）の放射線の入射の開始とｎ＋１回目の放射線の入射の開始との間の期間において、前記アナログデジタル変換器の動作状態を切り替える制御部を有し、前記期間は、前記放射線検出部に前記ｎ回目の放射線パルスが照射される放射線照射期間を含む第１の期間と、前記読み出し回路が前記画像信号を読み出す第２の期間と、を含み、前記制御部は、前記期間のうちの前記第２の期間を除く期間において前記アナログデジタル変換器の出力を開放するように、前記期間に前記アナログデジタル変換器の出力開放状態を切り替えることを特徴とする放射線撮像装置である。

また、本発明における放射線撮像装置の制御方法は、二次元に複数配列された画素を有し、入射した放射線に基づく電気信号を検出する放射線検出部と、該電気信号を読み出す読み出し回路から読み出された前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を含み、前記放射線検出部に複数回入射する放射線に応じた複数の放射線画像信号の取得を行う動画撮影を行う放射線撮像装置の制御方法であって、ｎ回目（ｎは自然数）の放射線の入射とｎ＋１回目の放射線の入射との間の期間において、前記期間は、前記放射線検出部に前記ｎ回目の放射線パルスが照射される放射線照射期間を含む第１の期間と、前記読み出し回路が前記画像信号を読み出す第２の期間と、を少なくとも含み、前記期間のうちの前記第２の期間を除く期間において前記アナログデジタル変換器の出力を開放するように、前記期間に前記アナログデジタル変換器の出力開放状態を切り替えることを特徴とする制御方法である。

本発明によれば、動画撮影中に、ｎ回目（ｎは自然数）の放射線の入射とｎ＋１回目の放射線の入射との間の期間内で、アナログデジタル変換器の消費電力を制御することが可能となる。それにより、アナログデジタル変換器での発熱を抑制して放射線撮像装置の温度上昇抑え、またアナログデジタル変換器の発熱に基づくノイズ及びアーティファクトを抑制した良好な放射線画像を得ることができる。

以下に、本発明を適用した好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置の概念的等価回路図である。この放射線撮像装置では、透視撮影などを行う動画撮影モードと、一般撮影を行う静止画撮影モードとを選択的に設定自在とされている。なお、図１には、放射線を光に変換する波長変換体である蛍光体は図示していない。

図１において、１０１は放射線検出部を示しており、１１０は放射線が蛍光体で波長変換された光に応じた電荷に変換する受光領域、１１１は受光領域１１０で光電変換された電荷を蓄積する電極間容量である。そしてＳ１−１からＳ３−３は、それぞれが受光領域１１０と電極間容量１１１を有する光電変換素子である。光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３と、その光入射側に配置される蛍光体（不図示）とで、放射線を電荷に変換する変換素子を構成している。Ｍ１〜Ｍ３は信号配線、Ｔ１−１〜Ｔ３−３は光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３の電荷に基づく電気信号を信号配線Ｍ１〜Ｍ３に転送するスイッチング素子である。ここで信号配線Ｍ１は、列方向の複数のスイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ３−１のソース又はドレイン電極の一方に接続されている。また、変換素子を構成する光電変換素子Ｓ１−１と、スイッチ素子Ｔ１−１により１つの画素を構成している。Ｇ１〜Ｇ３はスイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３を駆動させるための駆動配線である。ここで、駆動配線Ｇ１は、行方向の複数のスイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３のゲート電極に接続されている。Ｃ１〜Ｃ３は各信号配線Ｍ１〜Ｍ３の負荷容量である。ここで、光電変換素子としては例えば、水素化非晶質シリコン膜を用いたＭＩＳ型或いはＰＩＮ型の薄膜光電変換素子、単結晶シリコンを用いたＰＮフォトダイオードなどが挙げられる。スイッチング素子としては、非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いた薄膜トランジスタや、周知のＭＯＳトランジスタを用いることができる。本実施形態においては、ガラス等の絶縁性基板上に、非晶質シリコンを用いた光電変換素子を含む変換素子と薄膜トランジスタを有する平面型の放射線検出部を採用している。なお、本実施形態では説明の簡略化のために３×３＝９個の画素が二次元に複数配列された放射線検出部を表しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、実際にはその用途により更に多画素で構成されてもよい。

１０２は駆動配線Ｇ１〜Ｇ３に駆動信号を印加する駆動回路（シフトレジスタ：ＳＲ１）である。また、１０７は光電変換素子を光電変換可能な状態にするために光電変換素子にバイアス（Ｖｓ）を与えるバイアス電源である。

光電変換素子やスイッチング素子を薄膜素子で形成した場合には、駆動回路１０２は単結晶シリコンを用いた少なくとも１個のＩＣチップで構成するとよい。また、読み出し回路も同様にトランジスタ単結晶シリコンを用いた少なくとも１個のＩＣチップで構成するとよい。

１１２は複数の信号配線とそれぞれ接続される端子、１０３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３と端子１１２を介して並列に転送された電気信号を直列信号に変換して出力する読み出し回路である。Ｅ１〜Ｅ３は、端子１１２に対して初段である第１の演算増幅器、Ｃｆ１は第１の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第１の積分容量、ＳＲＥＳ１〜ＳＲＥＳ３は第１の積分容量Ｃｆ１をリセットするための第１のリセットスイッチである。また、Ｃｆ１０は第１の積分容量Ｃｆ１と並列に接続された第１の付加積分容量、Ｓｇは積分コンデンサＣｆ１０をＯＮ、ＯＦＦするための可変ゲインスイッチである。これらを含んで第１の増幅器が構成される。また、ＣＲＥＳはＳＲＥＳ１〜ＳＲＥＳ３に印加する制御信号、ＧＡＩＮは可変ゲインスイッチＳｇを制御する外部制御信号、ＶＲＥＦ１は第１の演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３の正転入力端子に第１の基準電圧を印加するための第１の基準電源である。ＣＣ１〜ＣＣ３は第１の演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３の出力端子とサンプリングスイッチＳｎ１〜Ｓｎ３との間に信号の交流成分のみを通過させる容量素子である。Ｆ１〜Ｆ３は反転入力端子に各容量素子ＣＣ１〜ＣＣ３が接続された第２の演算増幅器、Ｃｆ２は第２の演算増幅器Ｆ１〜Ｆ３の反転入力端子と出力端子との間にそれぞれ接続された第２の積分容量、Ｓｄ１〜Ｓｄ３は各積分容量Ｃｆ２をリセットするための第２のリセットスイッチである。これらを含んで第２の増幅器が構成される。ＤＲＥＳは第２リセットスイッチＳｄ１〜Ｓｄ３を制御する制御信号、ＶＲＥＦ２は第２の演算増幅器Ｆ１〜Ｆ３の正転入力端子に第２の基準電圧を印加するための第２の基準電源である。Ｓｎ１〜Ｓｎ３は第１の演算増幅器Ｅ１〜Ｅ３を通して出力された出力信号をサンプリングするサンプリングスイッチ、ＣＬ１〜ＣＬ３はサンプリングコンデンサである。これらサンプリングスイッチＳｎ１〜Ｓｎ３とサンプリングコンデンサＣＬ１〜ＣＬ３でサンプリング回路を構成している。ＳＭＰＬはサンプリングスイッチＳｎ１〜Ｓｎ３に印加するサンプリングパルスである。Ｓｒ１〜Ｓｒ３はサンプリングコンデンサＣＬ１〜ＣＬ３の出力を直列信号として順次読み出す読み出し用スイッチ、１０４は読み出し用スイッチを順次駆動するためのシフトレジスタである。これら読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３とシフトレジスタ１０４によってアナログマルチプレクサが構成されている。Ｈ１は読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３の共通出力が反転入力端子に接続された第３の演算増幅器、Ｃｆ３は第３演算増幅器Ｈ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された第３の積分容量、Ｓｔ１は積分容量Ｃｆ３をリセットする第３のリセットスイッチである。これらを含んで第３の増幅器が構成される。Ｓｘ１はリセットスイッチＳｔ１を制御する制御信号、ＶＲＥＦ３は第３の演算増幅器Ｈ１の正転入力端子第３の基準電圧を印加するための第３の基準電源である。

１０６は読み出し回路１０３によって読み出されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と略す）である。１０９はＡ／Ｄ変換器１０６で変換されたデジタル信号を、放射線撮像装置の外部の画像処理部（不図示）へ伝送するための信号伝送部である。

１０８は撮像制御部であり、駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９の動作状態を制御するものである。動作状態の制御については後ほど詳細に説明する。

図２は、本発明における放射線撮像装置からの信号の読み出しを行う概念的動作を説明するためのタイミングチャートである。図１及び図２を用いて、本発明の放射線撮像装置の読み出し動作を説明する。

まず、変換期間（放射線照射期間）の動作について説明する。スイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３が全て非導通状態において、放射線パルスを放射線撮像装置に向けて曝射されると、各画素の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に蛍光体（不図示）で変換された放射線パルスに基づく光が照射される。そして、照射された光の量に対応した電荷が光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３で発生し、電極間容量に蓄積される。なお、放射線がオフした後でも電極間容量には光電変換された電荷は保持される。ここで、変換期間は、光電変換素子を含む変換素子が照射された放射線に応じた電荷に変換することが可能な第１の期間であり、変換素子に放射線が照射される期間である放射線照射期間を含むものである。

次に、読み出し期間の動作について説明する。読み出し動作は、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３、次に２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、その次に３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３と、行ごとに順次行われる。まず、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３を読み出するために、１行目のスイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３に接続される駆動配線Ｇ１に駆動回路１０２から駆動信号を与える。これにより、１行目のスイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３が導通状態になり、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の電荷に基づくアナログ電気信号が、信号配線Ｍ１〜Ｍ３を通して読み出し回路１０３に転送される。転送された電気信号は、読み出し回路１０３の第１の増幅器、第２の増幅器で増幅され、サンプルホールド回路のサンプリングコンデンサＣＬ１〜ＣＬ３にサンプリングスイッチＳｎ１〜Ｓｎ３を介して転送され、保持される。そして読み出し用スイッチをシフトレジスタ１０４によって順次導通し、サンプリングコンデンサＣＬ１〜ＣＬ３の出力を直列信号として順次第３の増幅器に読み出し、読み出し回路１０３から読み出す。２行目、３行目も同様の読み出し動作を行い、１画像分の画像信号（放射線画像信号）を取得する。このようにして、被写体の放射線画像情報を有する１画像分の画像信号（放射線画像信号）を取得することができる。なお、本実施形態では増幅器として電圧増幅器を用いて説明したため、電気信号は電荷に基づく電圧であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、電流増幅器を用いても良い。その場合には電気信号は電荷に基づく電流となる。ここで、読み出し期間は、放射線検出部から１画像分の画像信号（放射線画像信号）を取得するために読み出し回路１０３が読み出し動作を行う第２の期間である。

読み出し回路１０３から読み出された１行分のアナログの直列信号は、Ａ／Ｄ変換器１０６でデジタル信号に変換され、信号伝送部１０９によって放射線撮像装置の外部に設けられる画像処理部に伝送される。ここで、Ａ／Ｄ変換器１０６におけるアナログデジタル変換動作及び信号伝送部１０９からのデジタル信号の伝送動作は、同じ読み出し期間内に行っても、異なる読み出し期間に行ってもよい。例えば、読み出し回路１０３とＡ／Ｄ変換器１０６との間にアナログフレームメモリなど何らかの記憶手段を設けておけば、同じ読み出し期間内に行わなくてもよい。

次に、図３及び図４を用いて、本発明の放射線撮像装置における消費電力制御動作について詳細に説明する。

図３は、本発明の放射線撮像装置における１画素分の概念的回路図である。図４は、本発明の放射線撮像装置における１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。

図３において、図１と同じ符号を付与した構成要素は、図１に示した構成要素と同じであるため、その説明は割愛する。１０は放射線撮像装置の外部に設けられた画像処理部であり、信号伝送部１０９から伝送されるデジタル信号を受信する信号受信部を有する。１４２は入射した放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体で、Ｇｄ_２Ｏ_３、やＣｄＷＯ_４などの母体自身による蛍光を行う蛍光体や、ＣｓＩ：Ｔｌなどの母体内に付活された発光中心物質による蛍光を行う蛍光体が好適に用いられる。

本実施形態では、放射線が放射線検出部１０１に複数回入射される時に、撮像制御部１０８により、読み出し回路１０３の消費電力を低減するように読み出し回路１０３の動作状態を切り替える。その切り替えは、ｎ回目（ｎは自然数）の放射線の入射の開始とｎ＋１回目の放射線の入射の開始との間の期間である１フレーム期間内に行われる。また、撮像制御部１０８は、同様に１フレーム期間内にＡ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９の消費電力を低減するようにＡ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９の動作状態を切り替える。また更に、撮像制御部１０８は、１フレーム期間内に駆動回路１０２の消費電力を低減するように駆動回路１０２の動作状態を切り替える。図４は、本実施形態の概念的動作状態を示すタイミングチャートである。

本実施形態では、放射線が放射線検出部１０１に複数回入射される時に、ｎ回目の放射線の入射の開始とｎ＋１回目の放射線の入射の開始との間の期間である１フレーム期間内に、放射線撮像装置は変換期間（放射線照射期間）の動作と読み出し期間の動作を行う。変換期間（放射線照射期間）は、変換素子に光電変換可能な状態にするためのバイアス（Ｖｓ）が印加された状態で、変換素子に放射線が照射され電荷に変換する動作を行う第１の期間である。また、読み出し期間は、少なくとも駆動回路１０２、読み出し回路１０３を動作させ、放射線検出部１０１からの電気信号を読み出す第２の期間である。ここで、Ａ／Ｄ変換器１０６におけるアナログデジタル変換動作及び信号伝送部１０９からのデジタル信号の伝送動作は、好適には読み出し期間に行われるが、それに限定されるものではない。図４に示す概念的動作を示すタイミングチャートでは、Ｈｉの時には放射線検出部１０１、駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９はそれぞれ通常の動作を行っており、ｅｎａｂｌｅ状態（動作状態）としている。また、Ｌｏｗの時には、駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９それぞれに対して動作電源が投入されていない、もしくは動作状態をｄｉｓａｂｌｅの状態（非動作状態）としている。変換期間（放射線照射期間）においては、変換素子にバイアス（Ｖｓ）を印加していれば、放射線を電荷に変換する動作を行うことは可能である。そのため、変換期間（放射線照射期間）に駆動回路１０２や読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９を動作させる必要はない。この変換期間（放射線照射期間）に駆動回路１０２や読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９を動作させると、無駄な電力を消費することとなる。特に消費電力が大きくそれによる発熱が大きい読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６においては、無駄な電力の消費は避けたい。また、読み出し回路１０３で発熱が大きいと、ノイズ（熱雑音等）の発生量が変動し、更にＡ／Ｄ変換器１０６で発熱が大きいと、アナログデジタル変換特性が変動する可能性がある。つまり、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６での発熱が大きいと、連続して取得される画像の間で不連続な画像が生じる恐れがある。そこで、本実施形態では、撮像制御部１０８は、動画撮影中の消費電力を低減するために、変換期間において少なくとも読み出し回路１０３の消費電力が低減するような動作を読み出し回路１０３に行わせる。撮像制御部１０８は、変換期間（放射線照射期間）において、少なくとも読み出し回路１０３に対して動作電源が投入されていない、もしくは動作状態をｄｉｓａｂｌｅの状態（非動作状態）となるよう読み出し回路１０３を制御する。さらに撮像制御部１０８は、変換期間（放射線照射期間）において駆動回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９に対して動作電源が投入されていない、もしくは動作状態をｄｉｓａｂｌｅの状態となるよう制御する。このような制御を行うことにより、例えば変換期間と読み出し期間のデューティー比が１：１の場合には、常時それらを通常動作が可能な状態にしておく場合に比べて消費電力及び発熱量を１／２に低減されることができる。さらに、このように１フレーム内の変換期間と読み出し期間で駆動を切り替えず、１ラインごとに動作を制御すれば、さらに消費電力を低減できる。

次に、駆動回路１０２や読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９のそれぞれのユニットにおける消費電力の切り替えについて説明する。消費電力を低減させる動作状態にする方法としては、夫々のユニットの動作電源を切断する、動作電源の電圧を低くする、電流源の電流を制限する、出力を開放するよう出力開放状態を制御する、クロックの周波数を低下させるもしくは直流にするなどがある。

図５は、第１の増幅器を例に、増幅器の消費電力の切り替えを説明するための概念的等価回路図である。増幅器の出力電流は、電流源８０１（Ｑ３、Ｑ４の電流源は８０１の１／２）、及び８０２で決まる。また、ＣＲＥＳ信号により信号配線及び第１の積分容量Ｃｆを基準電位Ｖｒｅｆ１にリセットする時間は、電流源８０１、８０２の電流量に依存し、電流が多いほど、積分容量Ｃｆ及び信号配線の寄生容量をリセットする時間が短くなる。しかし、リセット行わない期間、例えば、放射線照射期間にも電流は流れつづけるため、消費電力が増加してしまう。そのため、１フレーム内の読み出し期間以外では、電流源８０１より出力電流量小さい電流源８０２に切り替えることにより、消費電流を低減でき、それにより消費電力を低減できる。なお、本実施形態では、電流源８０１は増幅器が通常の増幅動作を行うことが可能な出力電流量に設定されており、電流源８０２は電流源８０１より小さく、通常の増幅動作を行うことができない出力電流量に設定されている。また、本発明は、電流源を切り替えることに限定されるものではなく、例えば動作電源の電源電圧Ｖｄｄを切り替えることにより消費電力を低減させても良い。読み出し期間では例えば増幅器の推奨動作電圧、例えば５Ｖを与え、１フレーム内の読み出し期間以外では、例えば増幅器の最低動作電圧、例えば１Ｖを与えるように切り替えてもよい。

次に、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて、Ａ／Ｄ変換器１０６の消費電流（消費電力）を１フレーム内で切り替える方法を説明する。図６（ａ）は、Ａ／Ｄ変換器の電源のＯＮ／ＯＦＦにより切り替え消費電流及び消費電力を低減する方法である。この際、入力に電圧が加わると素子が破壊してしまうため、入力端子も開放する。図６（ｂ）は、消費電流を低減させるために電源電圧切り替える方法を示したものである。例えばＡ／Ｄ変換器１０６が読み出し回路１０３と同期して同じ読み出し期間内にＡ／Ｄ変換動作を行う場合では、読み出し期間では、推奨動作電圧、例えば３．３Ｖで駆動させる。そして１フレーム内の読み出し期間以外の非動作時は、最低動作電圧、例えば２．５Ｖで駆動させて、消費電力を低減させる。図６（ｃ）は、Ａ／Ｄ変換器に入力するクロック信号を切り替えるものである。消費電力は、入力するクロック信号の周波数、つまりＡ／Ｄ変換器の駆動周波数に依存する。そのため、１フレーム内の読み出し期間以外の非動作時は、クロックを低下させるもしくは、直流にして動作させるように切り替えて消費電流を低減する。図６（ｄ）は、Ａ／Ｄ変換器の出力を、１フレーム内の読み出し期間以外の非動作時に開放するよう出力開放状態を制御することにより、Ａ／Ｄ変換器の出力電流を低下させて消費電流を低減している。なお、本発明は上記の方法に限定されるものではなく、Ａ／Ｄ変換器の消費電力を低減させられる動作であればよい。

また、信号伝送部１０９、または駆動回路１０２も、前述した手法で１フレーム内の読み出し期間と読み出し期間以外の期間とで動作状態を切り替えることにより、消費電流を低減することが可能である。このような手法により、１フレーム内で消費電流及び消費電力を切り替えるようコントロールし、各構成要素における消費電流、消費電力及び発熱を低減することができる。

次に、図７を用いて本発明の放射線撮像システムについて説明する。図７は、本発明の放射線撮像システムの概念図である。

３０１は放射線（Ｘ線）室、３０２は制御室、３０３は診断室を表している。本放射線撮像システムの全体的な動作はシステム制御部３１０によって支配される。操作者インターフェース３１１は、ディスプレイ上のタッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック、フットスイッチなどがある。操作者インターフェース３１１から撮像条件（静止画、動画、管電圧、管電流、照射時間など）および撮像タイミング、画像処理条件、被写体ＩＤ、取込画像の処理方法などの設定を行うことが出来る。システム制御部３１０は放射線撮像シーケンスを司る制御部２１４に、操作者３０５あるいは放射線情報システムの指示に基づいた撮像条件を指示し、データを取り込む。制御部２１４はその指示に基づき放射線源であるＸ線発生装置１２０、撮像用寝台１３０、放射線撮像装置１４０を駆動して画像データを取り込み、画像処理部１０に転送する。その後、操作者指定の画像処理を施してディスプレイ１６０に表示、同時にオフセット補正、白補正、欠陥補正の基本画像処理を行った生データを外部記憶装置１６１に保存する。さらに、システム制御部３１０は撮像者３０５の指示に基づいて、再画像処理及び再生表示、ネットワーク上の装置への画像データの転送・保存、ディスプレイ表示やフィルムへの印刷などを行う。本発明における消費電力の切り替え動作は、制御部２１４から放射線撮像装置１４０の周辺回路部１４５に設けられている撮像制御部１０８に指示が出される。撮像制御部１０８は、出された指示に基づいて駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９の動作状態を切り替える。

次に、信号の流れを追って放射線撮影システムの動作を順次説明する。Ｘ線発生装置１２０にはＸ線管球１２１とＸ線絞り１２３とが含まれる。Ｘ線管球１２１は制御部２１４に制御された高圧発生電源１２４によって駆動され、放射線であるＸ線ビーム１２５を放射する。Ｘ線絞り１２３は制御部２１４により駆動され、撮像領域の変更に伴い、不必要なＸ線照射を行わないようにＸ線ビーム１２５を整形する。Ｘ線ビーム１２５はＸ線透過性の撮像用寝台１３０の上に横たわった被検体１２６に向けられる。撮像用寝台１３０は、制御部２１４の指示に基づいて駆動される。Ｘ線ビーム１２５は、被検体１２６および撮像用寝台１３０を透過した後に放射線撮像装置１４０に照射される。放射線撮像装置１４０はグリッド１４１、波長変換体１４２、放射線検出部１０１、Ｘ線露光量モニタ１４４および周辺回路部１４５を有して構成される。グリッド１４１は、被検体１２６を透過することによって生じるＸ線散乱の影響を低減する。グリッド１４１はＸ線低吸収部材と高吸収部材とから成り、例えば、ＡｌとＰｂとのストライプ構造をしている。そして、放射線撮像部１０１とグリッド１４１との格子比の関係によりモワレが生じないようにＸ線照射時には制御部２１４の指示に基づいてグリッド１４１を振動させる。この波長変換体１４２に隣接して放射線検出部１０１が配置されている。この放射線検出部１０１は光子を電荷に変換して電気信号が読み出される。Ｘ線露光量モニタ１４４はＸ線透過量を監視するものである。Ｘ線露光量モニタ１４４は結晶シリコンの受光素子などを用いて直接Ｘ線を検出しても良いし、波長変換体１４２からの放射線検出部１０１を透過した光を検出してもよい。この例では放射線検出部１０１を透過した可視光（Ｘ線量に比例）をＸ線露光量モニタ１４４で検知し、制御部２１４にその情報を送り、制御部２１４はその情報に基づいて高圧発生電源１２４を駆動してＸ線を遮断あるいは調節する。周辺回路部１４５は、駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、撮影制御部１０８、及び信号伝送部１０９を有している。撮像制御部１０８は、制御部２１４から出された指示に基づいて駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９の動作状態を、消費電力を低減させるよう上述の方法で切り替える。なお、本実施形態では、撮影制御部１０８は放射線撮像装置内に設けられているが、本発明はそれに限定されるものではなく、制御部２１４内に設けられてもよい。

放射線撮像装置１４０からの画像信号は、信号伝送部１０９によりＸ線室３０１からＸ線制御室３０２内の画像処理部１０へ転送される。この転送の際、Ｘ線室３０１内はＸ線発生に伴うノイズが大きいため、画像データがノイズのために正確に転送されない場合が有る。そのため、転送路の耐雑音性を高くする必要がある。例えば、誤り訂正機能を持たせた伝送系にする、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）に代表される差動信号伝送方式を用いる、光ファイバによる転送路を用いることが望ましい。画像処理部１０では、制御部２１４の指示に基づき表示データを切り替える。その他、画像データの補正（オフセット補正、白補正、欠陥補正）、空間フィルタリング、リカーシブ処理などをリアルタイムで行い、さらに、階調処理、散乱線補正、各種空間周波数処理などを行うことも可能である。

処理された画像はディスプレイアダプタ１５１を介してディスプレイ１６０に表示される。またリアルタイム画像処理と同時に、データの補正のみ行なわれた基本画像は、外部記憶装置１６１に保存される。外部記憶装置１６１としては、大容量、高速かつ高信頼性を満たすデータ保存装置が望ましく、例えば、ＲＡＩＤ等のハードディスクアレー等が望ましい。また、操作者の指示に基づいて、外部記憶装置１６１に蓄えられた画像データは外部記憶装置１６１に保存される。その際、画像データは所定の規格（例えば、ＩＳ＆Ｃ）を満たすように再構成された後に、外部記憶装置に保存される。外部記憶装置は、例えば、光磁気ディスク１６２、ＬＡＮ上のファイルサーバ１７０内のハードディスクなどである。本発明の放射線撮像システムは、ＬＡＮボード１６３を介して、ＬＡＮに接続する事も可能であり、ＨＩＳとのデータの互換性を持つ構造を有している。ＬＡＮには、複数の放射線撮像システムを接続する事は勿論のこと、動画・静止画を表示するモニタ１７４、画像データをファイリングするファイルサーバ１７０などが接続される。また、画像をフィルムに出力するイメージプリンタ１７２、複雑な画像処理や診断支援を行う画像処理用端末１７３などが接続される。本発明の放射線撮像システムは、所定のプロトコル（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従って、画像データを出力する。その他、ＬＡＮに接続されたモニタを用いて、Ｘ線撮像時に医師によるリアルタイム遠隔診断が可能である。

（第２の実施形態）
次に、図８を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本実施形態の概念的動作状態を示すタイミングチャートである。なお、放射線撮像装置及び放射線撮像システムの構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明は割愛する。

第１の実施形態では、１フレームを変換期間（放射線照射期間）と読み出し期間の２つの動作期間により構成していた。第２の実施形態では、上述の期間に加えて、第３の期間であるオフセット蓄積期間と、第４の期間であるオフセット読み出し期間の計４つの動作期間がある。第３の期間であるオフセット蓄積期間は、変換期間（放射線照射期間）と同じ長さの時間を放射線の照射なしに待つ時間である。放射線撮像装置は、動画撮影の際に、変換素子のダーク成分や読み出し回路のオフセット成分などに起因するオフセットが変動する問題があり、オフセット信号を毎フレーム引くことにより、高品位な画質を得ることができる。図８では、画像Ａが放射線照射を行った放射線画像の信号、画像Ｂが放射線照射を行わずに取得されたオフセット画像の信号であり、画像Ａ−画像Ｂの差分演算処理を行う。オフセット画像の信号を取得する際、放射線画像の信号と同じ時間を変換期間と同じ動作状態においてから画像を取得することにより、変換素子の暗電流成分を放射線画像の信号と略同等に取得できる。それにより、暗電流によるオフセットの面内分布を消すことができる。オフセット蓄積期間は、変換期間と同様に放射線検出部１０１にバイアス（Ｖｓ）が印加されていればよい。そこで、オフセット蓄積期間では、撮像制御部１０８が読み出し回路１０３、駆動回路１０２、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９を、第１の期間と同様に、通常の動作状態からオフセット読み出し期間より消費電力の小さい動作状態に切り替える。

（第３の実施形態）
次に、図９、１０を用いて本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同様のものは同じ番号を付与し、説明は割愛する。

図９は、本実施形態の放射線撮像装置における１画素分の概念的回路図である。図１０は、本実施形態の放射線撮像装置における１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。

本実施形態は、第１の実施形態と、放射線撮像装置内のＡ／Ｄ変換器１０６と信号伝送部１０９の間にメモリ２１１及び画像処理部２１０を有している点で相違する。放射線照射を行った放射線画像の信号である画像Ａを一時メモリ２１１に記憶する。その後、放射線照射を行わずに取得されたオフセット画像の信号である画像Ｂを読み出し、画像処理部１０で画像Ａ−画像Ｂのオフセット補正を行う。そして、補正後の画像Ｃを信号伝送部１０９で外部への画像処理部１０へ伝送する。このような処理を行うことより、信号伝送部１０９からの信号伝送量が減り、その分、信号伝送部１０９の消費電力及び発熱を削減できる。

（第４の実施形態）
次に、図１１、１２を用いて本発明の第４の実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同様のものは同じ番号を付与し、説明は割愛する。

図１１は、本実施形態の放射線撮像装置における１画素分の概念的回路図である。図１２は、本実施形態の放射線撮像装置における１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。

本実施形態は、第１の実施形態に加えて、放射線撮像装置内に温度センサ２１２を有している。温度センサ２１２から検出結果の信号を撮像制御部１０８が受け取り、検出結果の信号をもとに撮像制御部１０８は駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９をそれぞれ制御する。温度センサ２１２は、熱電対等の温度検出器と増幅器及びコンパレータからなり、温度が設定した閾値を超えるとＨｉレベルを出力する。

図１２のＦｒａｍｅ１の途中で温度センサがＬｏｗからＨｉへ切り替わり、温度が閾値を超えたことを示している。そのため、次のＦｒａｍｅ２から駆動パターンを変更する。Ｆｒａｍｅ１では、変換期間（放射線照射期間）と読み出し期間のデューティ比が１：２であったのに対し、Ｆｒａｍｅ２では、２：１に切り替わっている。変換期間（放射線照射期間）が長いほど、駆動回路１０２、読み出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号伝送部１０９の動作時間は第１の実施形態で説明したように短くすることができ、放射線撮像装置全体の消費電力が少なくなる。そのため、放射線撮像装置全体の発熱量は低減される。しかし、読み出し期間が短くなるため、読み出し回路１０３中の帯域を広くしなくてはならないため、画像のノイズ成分が大きく場合がある。本実施形態では、温度をモニタして変換期間（放射線照射期間）と読み出し期間をコントロールすることより、放射線検出部１０１の温度分布によるアーティファクト発生を抑えている。なお、本実施形態においては動作時間の切り替え前後で１フレームの時間（フレームレート）が変化していないが、フレームレートを遅することにより読み出し時間は同じにし、画質一定に保ってもよい。

（第５の実施形態）
次に、図１３、１４を用いて本発明の第５の実施形態について説明する。なお、上述した構成要素と同様のものは同じ番号を付与し、説明は割愛する。

図１３は、本実施形態の放射線撮像装置における１画素分の概念的回路図である。図１４は、本実施形態の放射線撮像装置における１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。

本実施形態は、第１の実施形態と、放射線撮像装置内に冷却部を構成する冷却ファン２１３を有している点である。撮像制御部１０８が冷却ファン２１３の動作を制御し、冷却ファン２１３用いて放射線撮像装置内の通気を行い、発熱を防止している。

冷却ファン２１３は、１フレームの読み出し期間中に駆動すると、ノイズの発生源となる恐れがある。そのため、読み出し期間中には動作させず、読み出し期間以外の例えば変換期間（放射線照射期間）中に動作させ、放射線撮像装置内を冷却し、読み出し回路１０３等の温度上昇を防止している。また、本実施形態では、冷却ファン２１３で説明しているが、冷却部は、制御可能であればファンに限らず、ペルチェ素子等の電子冷却素子を用いてもよい。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

また、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。

本発明は、撮像装置及び方法に関し、特に、病院内での診断に用いられる放射線撮像システムや、工業用の非破壊検査装置としても用いられる放射線撮像装置を対象とする。

本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置の概念的等価回路図である。 本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置からの信号の読み出しを行う概念的動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的回路図である。 本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。 増幅器の消費電力の切り替えを説明するための概念的等価回路図である。 Ａ／Ｄ変換器の消費電流（消費電力）を１フレーム内で切り替える方法を説明するための概念的回路図である。 本発明の放射線撮像システムの概念図である。 本発明の第２の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的回路図である。 本発明の第３の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第４の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的回路図である。 本発明の第４の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第５の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的回路図である。 本発明の第５の実施形態における放射線撮像装置の１画素分の概念的動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０１ 放射線検出部
１０２ 駆動回路
１０３ 読み出し回路
１０４ シフトレジスタ
１０６ Ａ／Ｄ変換器
１０７ バイアス電源
１０８ 撮影制御部
１０９ 信号伝送部
１１０ 受光領域
１１１ 電極間容量
１１２ 端子
１１３ 端子
Ｓ１−１〜Ｓ３−３ 光電変換素子
Ｔ１−１〜Ｔ３−３ スイッチング素子
Ｇ１〜Ｇ３ 駆動配線
Ｍ１〜Ｍ３ 信号配線
Ｅ１〜Ｅ３ 第１の演算増幅器
Ｆ１〜Ｆ３ 第２の演算増幅器
Ｓｎ１〜Ｓｎ３ サンプリングスイッチ
ＣＬ１〜ＣＬ３ サンプリングコンデンサ
Ｈ１ 第３の演算増幅器

Claims (8)

1. 二次元に複数配列された画素を有し、入射した放射線に基づく電気信号を検出する放射線検出部と、該電気信号を読み出す読み出し回路から読み出された前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を含み、前記放射線検出部に複数回入射する放射線に応じた複数の放射線画像信号の取得を行う動画撮影を行う放射線撮像装置であって、
   ｎ回目（ｎは自然数）の放射線の入射の開始とｎ＋１回目の放射線の入射の開始との間の期間において、前記アナログデジタル変換器の動作状態を切り替える制御部を有し、
   前記期間は、前記放射線検出部に前記ｎ回目の放射線パルスが照射される放射線照射期間を含む第１の期間と、前記読み出し回路が前記画像信号を読み出す第２の期間と、を含み、
   前記制御部は、前記期間のうちの前記第２の期間を除く期間において前記アナログデジタル変換器の出力を開放するように、前記期間に前記アナログデジタル変換器の出力開放状態を切り替えることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記期間は、前記放射線検出部に放射線が入射しない状態でオフセット信号を検出するための第３の期間と、前記読み出し回路が前記オフセット信号を読み出す第４の期間と、を更に含み、
   前記制御部は、前記期間のうちの前記第２の期間及び前記第４の期間を除く期間において前記アナログデジタル変換器の出力を開放するように、前記期間に前記アナログデジタル変換器の出力開放状態を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記制御部は、前記第１の期間又は前記第３の期間における前記読み出し回路の消費電力を前記第２の期間又は前記第４の期間における前記読み出し回路の消費電力より小さくするように、前記期間中に前記読み出し回路の動作状態を切り替えることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記読み出し回路は、少なくとも１つの増幅器を有しており、前記制御部は、前記第１の期間における前記電流源の出力電流量が前記第２の期間における前記電流源の出力電流量より小さくなるように前記増幅器の電流源の出力電流量を前記期間中に切り替える、もしくは、前記第１の期間における動作電源の電源電圧が前記第２の期間における動作電源の電源電圧より小さくなるように前記増幅器に印加される動作電源の電源電圧を前記期間中に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 更に、前記放射線撮像装置内の温度を検出する温度センサを有し、前記制御部は前記温度センサからの検出結果に応じて前記アナログデジタル変換器の動作状態を切り替えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
6. 更に、前記放射線撮像装置内を冷却するための冷却部を有し、前記制御部は、前記第２の期間に前記冷却部が動作しないよう前記冷却部の動作状態を切り替えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置に前記放射線を放射するための放射線源と、を有することを特徴とする放射線撮像システム。
8. 二次元に複数配列された画素を有し、入射した放射線に基づく電気信号を検出する放射線検出部と、該電気信号を読み出す読み出し回路から読み出された前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を含み、複数回入射する放射線に応じた複数の放射線画像信号の取得を行う動画撮影を行う放射線撮像装置の制御方法であって、
   ｎ回目（ｎは自然数）の放射線の入射とｎ＋１回目の放射線の入射との間の期間において、前記期間は、前記放射線検出部に前記ｎ回目の放射線パルスが照射される放射線照射期間を含む第１の期間と、前記読み出し回路が前記画像信号を読み出す第２の期間と、を少なくとも含み、
   前記期間のうちの前記第２の期間を除く期間において前記アナログデジタル変換器の出力を開放するように、前記期間に前記アナログデジタル変換器の出力開放状態を切り替えることを特徴とする制御方法。

Images