(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源からの放射線を被写体に透過させることによって得られる被写体像を撮像する複数の画素部を備えた非破壊読み出し可能な撮像手段と、
前記複数の画素部内をリセットした後に得られるノイズ成分である第一の信号を前記撮像手段から非破壊で読み出した後、リセットせずに被写体の画像信号を複数回、前記撮像手段から非破壊で読み出し、その後、前記画素内をリセットせずに被写体の画像信号である第二の信号を前記撮像手段から非破壊で読み出すように駆動する駆動手段と、
前記駆動手段によって前記撮像手段から読み出された被写体の画像信号の信号レベルを検出することによって、前記放射線源からの放射線の放射を停止するように制御する制御手段と、
前記制御手段によって放射線の放射が停止された後に、前記ノイズ成分である第一の信号と前記被写体の画像信号である第二の信号を差分演算する差分手段と、を有することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記第一の信号は、前記放射線源を駆動させるための撮影スタートスイッチがオンされてから、前記放射線の放射がはじまるまでの期間内に、前記撮像手段に備えた前記複数の画素部内をリセットした後に、読み出されることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素部の各々は、光電変換素子及び読み出し用トランジスタを有し、前記画素部は光電変換素子が読み出し用トランジスタの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記読み出し用トランジスタの一方の主電極端子に負荷が接続されており、前記負荷は、定電流源又は抵抗であることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記読み出し用トランジスタに直列に行方向の画素部を選択するための切り換え用トランジスタが接続されていることを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換素子に直列にリセット用トランジスタが接続され、前記リセット用トランジスタをモード切換信号に応じて制御することにより、
読み出しモードを、
信号を読み出した後、前記リセット用トランジスタをオンすることにより信号をリセットし、リセット後に次の信号を読み出す通常読み出しモードと、
信号を読み出した後、前記リセット用トランジスタをオンしないことにより信号をリセットせずに次の信号を読み出す非破壊読み出しモードとに、
切り換えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記撮像手段の出力に基づいてパターン認識を行うパターン認識手段と、前記パターン認識手段のパターン認識結果に基づいて放射線量を検出する検出手段と、前記パターン認識手段のパターン認識結果に基づいて最適放射線量の基準値を作成する作成手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記撮像時において前記撮像手段から非破壊読み出しを行いながら前記検出手段で放射線量を検出し、当該放射線量が前記基準値以上になった時に前記放射線源からの放射線の放射を停止することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記撮像時において前記撮像手段から非破壊読み出しを行いながら最適撮像時間を検出し、撮像時間が最適撮像時間に達した時に前記放射線源からの放射線の放射を停止することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記撮像手段の出力の加算を行う加算手段を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記加算手段は参照パターンによる重み付け加算を行うことを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記参照パターンは前記パターン認識結果に基づいて作成されることを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線医療機器等に用いられるＸ線等の放射線撮像装置に関し、特に、Ｘ線等の放射線の放射停止を制御する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなＸ線撮像装置として、本願出願人は、例えば、特開平１０−３２７３１７号公報においてフォトタイマーを用いて露光制御を行う撮像装置及び方法を提案している。図９は同公報の撮像装置を示すブロック図である。図９において、まず、１０１はＸ線をパルス状に放射するＸ線源、１０２はＸ線撮像パネルである。Ｘ線撮像パネル１０２は２次元に配列された複数の光電変換素子及びその駆動回路から成っている。Ｘ線撮像パネル１０２はパネル駆動回路１０３によって駆動される。
【０００３】
Ｘ線撮像パネル１０２と被写体１０４の間にはフォトタイマーユニット１０５が配置されている。フォトタイマーユニット１０５は撮影露光中に被写体１０４の基準部分（例えば、肺胞部）を透過するＸ線を検知するセンサである。フォトタイマーユニット１０５の出力は積分回路１０６で積分され、比較器１０７に出力される。比較器１０７ではこの積分出力と基準値Ｖｔｈを比較し、比較結果はＸ線源１０１を駆動するＸ線源駆動回路１０８に出力される。Ｘ線源駆動回路１０８は比較器１０７の出力信号によって制御され、積分回路１０６の出力が基準値Ｖｔｈを越えると、Ｘ線源駆動回路１０８はＸ線源１０１の駆動を停止し、Ｘ線の放射を停止するように構成されている。
【０００４】
また、１０９は被写体１０４の撮影開始を指示する撮影スタートスイッチ、１１０はＸ線撮像パネル１０２からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、１１１はＡ／Ｄ変換器１１０からの画像信号を処理する画像処理回路、１１２は撮影された画像を表示するモニター、１１３は撮影された画像データを記録する記録媒体である。
【０００５】
図１０は図９の撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。まず、撮影スタートスイッチ１０９をオンすると、図１０（ａ）に示すように撮影開始を指示する信号がパネル駆動回路１０３、積分回路１０６、Ｘ線源駆動回路１０８にそれぞれ供給される。Ｘ線源駆動回路１０８はこの撮影スタートスイッチ１０９からの信号によりＸ線源１０１の駆動を開始し、図１０（ｂ）に示すようにＸ線源１０１からＸ線が放射される。また、パネル駆動回路１０３は撮像スタートスイッチ１０９からの信号によりＸ線撮像パネル１０２の駆動を開始し、積分回路１０６は図１０（ｄ）に示すようにフォトタイマーユニット１０５の出力をリセットして積分を開始する。
【０００６】
Ｘ線源１０１から放射されたＸ線は、診断対象の患者である被写体１０４を透過し、この時、被写体１０４を透過したＸ線は被写体１０４の内部の骨や内蔵の大きさや形、病巣の有無等により透過量が異なっていて、それらの像情報を含んでいる。フォトタイマーユニット１０５を透過したＸ線は、図示しない蛍光体で可視光に変換されてからＸ線撮像パネル１０２に入射し、Ｘ線撮像パネル１０２では図１０（ｂ）に示すように２次元に配列された光電変換素子によって撮像された撮像信号を蓄積する。
【０００７】
一方、積分回路１０６はフォトタイマーユニット１０５の出力を積分し、図１０（ｄ）に示すように積分回路１０６の出力は徐々に上昇していく。比較器１０７は積分回路１０６の出力が基準値Ｖｔｈを越えると、Ｘ線源駆動回路１０８に駆動停止を指示する信号を出力し、図１０（ｃ）に示すようにＸ線源１０１のＸ線の放射を停止させる。その後、図１０（ｂ）に示すように画像処理回路１１１ではＡ／Ｄ変換器１１０を介して撮像信号を読み取って所定の画像処理を行い、更に、撮影された画像をモニター１１２に表示、あるいは画像データを記録媒体１１３に記録する処理を行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＸ線撮像装置では、フォトタイマーユニットを用いてＸ線の停止を制御しているので、以下に示す問題点があった。即ち、フォトタイマーユニットは非常に高価であるばかりでなく、Ｘ線がフォトタイマーユニットを透過する際に僅かではあるが、Ｘ線が減衰するため、その分、Ｓ／Ｎが劣化するという問題点があった。
【０００９】
また、フォトタイマーユニットを用いた場合、図１１に示すように撮影前に医師又は検査技師が撮影部位に応じてスイッチＳＷ１〜３を選択し、Ｘ線を検知するセンサを選択している。例えば、被写体１０４の肺を撮影する時は、図１２（ａ）に示すように両側の２つのセンサを選択し、胃を撮影する時は図１２（ｂ）に示すように中央の１つのセンサを選択している。また、撮影前に医師や検査技師は撮影位置に応じて積分回路１０６の基準値Ｖｔｈを決定している。例えば、人の肺を撮影する時は高Ｓ／Ｎが要求されるので、基準値Ｖｔｈを高く設定し、胃を撮影する時はバリウムでもともとコントラストが高いので、基準値Ｖｔｈを低く設定している。
【００１０】
しかし、このように撮影位置に応じてセンサを選択したり、基準値を設定したりすると、操作性が悪いばかりでなく、撮影位置がずれた時に実際の撮影位置のＸ線量とセンサの検知量との誤差が大きくなってしまう。従って、最適露光をできず、Ｓ／Ｎが劣化し、あるいはＸ線暴射が大きくなり、画質が低下するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、簡単且つ正確に最適露光を行うことができ、しかも、Ｓ／Ｎの劣化がなく、高画質の画像を得ることが可能な放射線撮像装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、放射線源からの放射線を被写体に透過させることによって得られる被写体像を撮像する複数の画素部を備えた非破壊読み出し可能な撮像手段と、前記複数の画素部内をリセットした後に得られるノイズ成分である第一の信号を前記撮像手段から非破壊で読み出した後、リセットせずに被写体の画像信号を複数回、前記撮像手段から非破壊で読み出し、その後、前記画素内をリセットせずに被写体の画像信号である第二の信号を前記撮像手段から非破壊で読み出すように駆動する駆動手段と、前記駆動手段によって前記撮像手段から読み出された被写体の画像信号の信号レベルを検出することによって、前記放射線源からの放射線の放射を停止するように制御する制御手段と、前記制御手段によって放射線の放射が停止された後に、前記ノイズ成分である第一の信号と前記被写体の画像信号である第二の信号を差分演算する差分手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の放射線撮像装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１では図９の従来装置と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。まず、本実施形態では、例えば、人間の肺、胃等の静止画を撮影するものとし、従来のフォトタイマーユニットの代わりに非破壊読み出し出力を用いてＸ線放射の停止制御を行う。図１において、Ｘ線撮像パネル１２０は通常読み出しと非破壊読み出しが可能な撮像パネルである。Ｘ線撮像パネル１２０は２次元に配列された複数の光電変換素子とその駆動回路から構成されている。Ｘ線撮像パネル１２０の回路構成と動作については詳しく後述する。
【００１５】
モード切換回路１２１はＸ線撮像パネル１２０の読み出しモードを通常読み出しか、非破壊読み出しに切り換える回路、部位パターン認識回路１２２はＡ／Ｄ変換器１１０の出力値に基づいてＸ線撮像パネル１２０で撮像された画像のパターン認識を行う回路である。即ち、部位パターン認識回路１２２はＡ／Ｄ変換器１１０のすべての画素の出力値に基づいて撮像された画像が何であるか（例えば、肺、胃、手等）のパターン認識を行い、その結果、撮像画像の位置と大きさがわかる。
【００１６】
参照パターン最適化回路１２３は部位パターン認識回路１２２のパターン認識結果に基づいて参照パターンの最適値を画素毎に決定する回路である。即ち、参照パターン最適化回路１２３はパターン認識結果に基づいてパターン認識された画像のどの位置を重点的に見るべきかを判断し、参照パターンメモリ１２４の画素毎に判断した数値を記憶させて参照パターンメモリ１２４を作成する。本実施形態では、説明を簡単化するため図１に示すように０、１、２の３段階で重み付けを行っている。この場合、０は対象外（見なくてもよい位置）、２は重点的に見るべき位置、１は総合的に画像を良好にするためのものである。なお、本実施形態では、説明を簡単化するため、重み付けを３段階で行うとしたが、更に多段階に重み付けを行うことにより、更に良好な画質の画像を得ることが可能であることは言うまでもない。
【００１７】
基準値発生回路１２６は部位パターン認識回路１２２のパターン認識結果に基づいて基準値（ＲＥＦ値）を発生する回路である。即ち、基準値発生回路１２６では、予め画像に応じてＲＥＦ値が決められていて、例えば、パターン認識結果が肺であると、肺は高Ｓ／Ｎが必要であるためＲＥＦ値を大きく設定し、胃であるとするとＲＥＦ値を小さく設定するように構成されている。
【００１８】
なお、図１においては参照パターンメモリ１２４は８×８の画素分の記憶領域を持ち、各画素毎に０〜２のうちいずれかの重み付けされた数値を記憶しているが、これは図面を簡単化するためである。実際には、Ｘ線撮像パネル１２０は更に多くの画素を持っていて、それに応じて参照パターンメモリ１２４は更に多くの記憶領域を持っている。
【００１９】
掛け算器１２５は参照パターンメモリ１２４の画素毎の数値とＸ線撮像パネル１２０の画素毎のＡ／Ｄ変換出力値とを掛け算する回路である。掛け算器１２５は両方の対応する画素同士の値の掛け算を行い、計算結果を加算器１２７に出力する。加算器１２７の出力値はＡ／Ｄ変換出力値と参照パターンメモリ１２４の数値との重み付け加算した結果になる。比較器１０７は加算器１２７の出力値と基準値発生回路１２６のＲＥＦ値を比較し、加算器１２７の出力値がＲＥＦ値以上になると、Ｘ線駆動回路１０８にＸ線源１０１の停止を指示する信号を出力し、Ｘ線の放射を停止させる。
【００２０】
ここで、本実施形態では、露光時に、Ｘ線撮像パネルから非破壊読み出しによって得られる信号に基づいて、放射線源からの放射線の放射を停止するように制御する制御手段として、部位パターン認識回路、参照パターン最適化回路、参照パターンメモリ、掛け算器、加算器、基準値発生回路、比較器で構成したものを示したが、所定の基準値と非破壊読み出しの信号とを比較して、非破壊読み出しの信号が所定値以上になった場合に、Ｘ線の放射を停止するように制御する比較器のみの構成であってもよい。
【００２１】
なお、撮影スタートスイッチ１０９、画像処理回路１１１、モニター１１２、記録媒体１１３は図９のものと同じである。また、図１では図９と同様にＸ線を可視光に変換する蛍光体については省略している。
【００２２】
図２は本実施形態の露光量を検出する動作を説明するための図である。図２（ａ）はＸ線撮像パネル１２０の画像、図２（ｂ）はＸ線撮像パネル１２０の画素毎のＡ／Ｄ変換器１１０の出力値を示している。また、図２（ｃ）は参照パターンメモリ１２４の画素毎の数値、図２（ｄ）は加算器１２７の画素毎の数値を示している。なお、図２においても図面を簡単化するため、Ｘ線撮像パネル１２０の画素は８×８としている。
【００２３】
掛け算器１２６は前述のように図２（ｂ）に示すＸ線撮像パネル１２０の画素毎のＡ／Ｄ変換器１１０の出力値と図２（ｃ）に示す参照パターンメモリ１２４の画素毎の数値の掛け算を行う。掛け算器１２６の出力は加算器１２７に出力され、加算器１２７において図２（ｄ）に示すようにすべての画素の数値の掛け算を行う。この場合、加算器１２７の出力値は（図２の例では１５１）、現在の露光量を示す数値として比較器１０７に出力される。比較器１０７ではこの加算値がＲＥＦ値を越えると、Ｘ線源駆動回路１０８に停止信号を出力し、最適露光量に達したものとしてＸ線の放射を停止する制御を行う。
【００２４】
図３はＸ線撮像パネル１２０の回路を示す回路図である。なお、図３ではＸ線撮像パネル１２０の一部の回路を示している。図３において、１３０は垂直シフトレジスタ、１３１は水平シフトレジスタ、１３２はアンドゲート、１３３は画素部である。また、１３４は定電流源、１３５は水平切り換え用ＭＯＳトランジスタである。アンドゲート１３２には図１のモード切換回路１２１から読み出しモードを指示する信号、即ち、通常読み出しか非破壊読み出しかを指示するモード切換信号が入力される。また、１４１は垂直読み出し線、１４２は水平読み出し線である。
【００２５】
画素部１３３はリセット用ＭＯＳトランジスタ１３６、垂直出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３７、読み出し用ＭＯＳトランジスタ１３８、光電変換素子１３９、コンデンサ１４０から構成されている。画素部１３３は定電流源１３４と合わせて電圧増幅率が１倍のアンプを構成し、読み出し時において光電変換素子１３９の電荷は移動せず、読み出し動作をリセットと独立して行うことが可能である。
【００２６】
即ち、画素部１３３の読み出し用ＭＯＳトランジスタ１３８のゲート端子に光電変換素子１３９及びコンデンサ１４０が接続され、定電流源１３４と合わせてソースフォロワ回路が構成されている。そのため、読み出し用ＭＯＳトランジスタ１３８のゲート端子には電流が流れることなく、光電変換素子１３９の信号電荷の情報を垂直読み出し線１４１に読み出すことができ、読み出し時に光電変換素子１３９の信号電荷が移動することはない。従って、非破壊読み出しが可能である。なお、定電流源１３４の代わりに抵抗を用いてもよいが、精度を向上するためには定電流源１３４を用いることが望ましい。本実施形態においては、読み出し用ＭＯＳトランジスタのゲート端子に光電変換素子を接続したが、これに限らず、アンプ動作を示す素子、もしくは回路の制御端子につなげば非破壊読み出しが可能である。制御端子には電流が流れず電荷が移動しないし、もし流れてもアンプの原理から出力に必要な電流や電荷より遥かに小さい電荷のみが制御端子に流れるだけであるからである。僅かに小さい電流であれば無視することができる。例えば、読み出し用バイポーラトランジスタのベース端子につないでも非破壊読み出しが可能である。
【００２７】
図４は通常読み出し時の動作を示すタイミングチャート、図５は非破壊読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。まず、図４を参照しながら通常読み出し時の動作について説明する。通常読み出し時には図４（ａ）に示すようにモード切換回路１２１からＸ線撮像パネル１２０のアンドゲート１３２にハイレベルのモード切換信号が供給される。この状態で、図４（ｂ）に示すように垂直シフトレジスタ１３０からφＯｎ  （ハイレベル）が出力されると、垂直出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３７がオンする。
【００２８】
この時、読み出し用ＭＯＳトランジスタ１３８を含む回路はソースフォロワを構成し、電圧増幅率が約１倍の増幅回路であるので、光電変換素子１３９の信号電荷がそのまま垂直読み出し線１４１に読み出される。また、図３では省略しているが、行方向に複数の画素部が配列されており、これらの行方向１ライン分の各画素部の信号電荷が垂直読み出し線１４１に読み出される。また、図３では列方向に複数の画素部が配列され、行方向及び列方向に複数の画素部１３３がマトリクス状に配列されている。
【００２９】
次いで、図４（ｆ）に示すように水平シフトレジスタ１３１からφＨ０  が出力され、水平出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３５がオンする。これにより、図４（ｊ）に示すように垂直読み出し線１４１の出力が水平出力線１４２に読み出される。以下、図４（ｇ）〜（ｉ）に示すように水平シフトレジスタ１３１から順次φＨ１  、φＨ２  、…、φＨｍ  が出力され、図４（ｊ）に示すように行方向１ライン分の画素の信号電荷が順次水平読み出し線１４２に読み出される。以上で行方向１行目の読み出しを終了する。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように垂直シフトレジスタ１３０からφＣｎ  がアンドゲート１３２に出力され、リセット用ＭＯＳトランジスタ１３６がオンする。これによって、光電変換素子１３９の信号電荷が初期化（リセット）される。また他の行方向１ライン分の画素部の信号電荷が同様にリセットされ、次の蓄積期間中には新たに光電変換素子に電荷が蓄積される。
【００３１】
次に、２行目の画素（図示せず）に対して図４（ｄ）に示すように垂直シフトレジスタ１３０からφＯｎ＋１  が出力され、垂直出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３７がオンする。これによって、２行目の画素部の光電変換素子１３９の信号電荷が垂直読み出し線１４１に読み出される。また、図４（ｆ）〜（ｉ）に示すように水平シフトレジスタ１３１からφＨ０  〜φＨｍ  が順次出力され、図４（ｊ）に示すように垂直読み出し線１４１の信号電荷が順次水平出力線１４２に読み出される。
【００３２】
この後、図４（ｅ）に示すように垂直シフトレジスタ１３０からφＣｎ＋１  がアンドゲート１３２に出力され、２行目の画素部の光電変換素子１３９がリセットされる。以下、同様に３行目、４行目、…の画素部の信号電荷を読み出し、最終ラインのｎ行目の信号電荷を読み出したところでＸ線撮像パネル１２０のすべての画素部の読み出しを完了する。
【００３３】
次に、非破壊読み出し時の動作について図５を参照しながら説明する。通常読み出し時は前述のように光電変換素子の信号電荷を読み出した後、信号電荷をリセットしているが、非破壊読み出し時は光電変換素子の信号電荷を読み出した後信号電荷をリセットしない点が通常読み出し時と異なっている。従って、この場合は、図５（ａ）に示すようにモード切換回路１２１からＸ線撮像パネル１２０にローレベルのモード切換信号が供給され、アンドゲート１３２は閉じた状態に維持される。
【００３４】
この状態で、図５（ｂ）に示すように垂直シフトレジスタ１３０からφＯｎ  が出力され、垂直出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３７がオンする。これによって、光電変換素子１３９の信号電荷が読み出し用ＭＯＳトランジスタ１３８を介して垂直読み出し線１４１に読み出される。次いで、図５（ｆ）に示すように水平シフトレジスタ１３１からφＨ０  が出力され、水平出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３５がオンする。これによって、図５（ｊ）に示すように垂直読み出し線１４１の出力が水平出力線１４２に読み出される。以下、図５（ｇ）〜（ｉ）に示すように、水平シフトレジスタ１３１から順次φＨ１  、φＨ２  、…、φＨｍ  が出力され、これに伴い図５（ｊ）に示すように行方向１ライン分の画素部の信号電荷が水平読み出し線１４２に読み出される。以上で行方向１ライン分の読み出しを終了する。
【００３５】
次に、２行目の画素部（図示せず）に対して図５（ｄ）に示すように垂直シフトレジスタ１３０からφＯｎ＋１  が出力され、垂直出力切り換え用ＭＯＳトランジスタ１３７がオンする。これによって、２行目の画素部の光電変換素子１３９の信号電荷が垂直読み出し線１４１に読み出される。また、図５（ｆ）〜（ｉ）に示すように水平シフトレジスタ１３１からφＨ０  〜φＨｍ  が順次出力され、図５（ｊ）に示すように垂直読み出し線１４１の信号電荷が順次水平出力線１４２に読み出される。
【００３６】
以下、同様に３行目、４行目、…の画素の信号電荷を読み出し、最終ラインのｎ行目の信号電荷を読み出したところでＸ線撮像パネル１２０のすべての画素部の読み出しを完了する。このように非破壊読み出しモードの場合は、画素部の信号電荷の読み出し後に光電変換素子の信号電荷をリセットせず、次の蓄積が開始される。即ち、画素部の読み出し前後で電荷量は変化せず、読み出すという動作で光電変換素子は影響を受けない。本実施形態では、詳しく後述するようにこの非破壊読み出しを用いて露光量の制御を行い、最適露光量に達した時にＸ線を停止させる制御を行う。
【００３７】
図６は本実施形態のＸ線撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。以下、図１、図２及び図６を参照しながら本実施形態の具体的な動作について説明する。まず、図６（ａ）は撮像スタートスイッチ１０９からの撮像スタート信号である。撮像スタートスイッチ１０９をオンすると、図６（ａ）に示すように撮像を指示する信号がパネル駆動回路１０３、Ｘ線駆動回路１０８、モード切換回路１２１にそれぞれ供給される。
【００３８】
パネル駆動回路１０３はこのスタート信号を受けると、Ｘ線撮像パネル１２０の駆動を開始する。図６（ｂ）はＸ線撮像パネル１２０の動作を示しており、Ａは通常読み出し、Ｂは非破壊読み出しである。また、モード切換回路１２１はスタート信号を受けると、Ｘ線撮像パネル１２０にモード切換信号を供給し、最初の１フレーム目、つまりその時点で読み出し中のフレームは通常読み出しを指示するハイレベル信号、２フレーム目以降は非破壊読み出しを指示するローレベル信号を供給する。
【００３９】
従って、Ｘ線撮像パネル１２０の読み出しは図６（ｂ）に示すように最初の１フレーム目は通常読み出しＡ０  で読み出され、２フレーム目以降は非破壊読み出しＢ０  、Ｂ１  、Ｂ２  、…で読み出される。また、Ｘ線駆動回路１０８ではＸ線源１０１を駆動し、図６（ｃ）に示すようにＸ線源１０１からＸ線が放射される。これは、２フレーム目の非破壊読み出しＢ０  から放射され、被写体１０４を通って、且つ、図示しない蛍光体で可視光に変換されてからＸ線撮像パネル１２０に入射する。
【００４０】
Ｘ線が放射されると、部位パターン認識回路１２２においては非破壊読み出しＢ２  の完了時点で、１つ前の非破壊読み出しＢ１  の信号電荷との差を算出し、各画素の蓄積量Ｂを算出する。即ち、非破壊読み出しＢ２  のＡ／Ｄ変換器１１０の出力値から、非破壊読み出しＢ１  のＡ／Ｄ変換器１１０の出力値を減算し、ＯＵＴ（Ｂ２  ）−ＯＵＴ（Ｂ１  ）の計算を行うことによって蓄積量Ｂを算出する。これは、すべての画素について蓄積量Ｂの算出を行う。なお、この場合、非破壊読み出しＢ１  で蓄積量Ｂの算出を行ってもよいが、非破壊読み出しＢ０  時点ではＸ線が不安定であるため、１フレーム分ずらしてＸ線が安定してから蓄積量Ｂの算出を行っている。
【００４１】
部位パターン認識回路１２２は各画素の蓄積量Ｂを算出すると、図６（ｅ）に示すように得られた蓄積量Ｂに基づいてパターン認識を行う。参照パターン最適化回路１２３では前述のようにパターン認識結果に基づいて図２（ｃ）に示すように参照パターンメモリ１２４を作成する。また、基準値発生回路１２６では前述のように部位パターン認識回路１２２のパターン認識結果に基づいて画像に応じたＲＥＦ値を発生する。
【００４２】
参照パターンメモリ１２４とＲＥＦ値を作成すると、掛け算器１２５は非破壊読み出しＢ４  、Ｂ５  、…の各フレーム毎に参照パターンメモリ１２４の画素毎の数値とＡ／Ｄ変換器１１０の出力値（即ち、Ｘ線撮像パネル１２０の画素毎の電荷量）との掛け算を行い、加算器１２７に出力する。加算器１２７では図２（ｄ）に示すように掛け算された画素毎の数値を加算し、比較器１０７に出力する。掛け算器１２５及び加算器１２７では、このような処理を非破壊読み出しＢ４  、Ｂ５  、…のフレーム毎に行い、その結果、図６（ｄ）に示すように加算器１２７の出力は徐々に上昇していく。
【００４３】
比較器１０７では、加算器１２７の出力値とＲＥＦ値を比較し、図６（ｄ）に示すように加算器１２７の出力値がＲＥＦ値以上（Σ出力＞ＲＥＦ値）になると、Ｘ線駆動回路１０８にＸ線源１０１の停止信号を出力し、Ｘ線源１０１のＸ線の放射を停止させる。即ち、図６（ｅ）に示すように適切な露光量に達したと判断し、Ｘ線放射を停止する制御を行い、図６（ｃ）に示すようにＸ線源１０１からのＸ線放射を停止させる。
【００４４】
Ｘ線放射を停止させると、モード切換回路１２１はＸ線撮像パネル１２０に通常読み出しを指示するローレベル信号を出力する。これによって、図６（ｂ）に示すようにＸ線撮像パネル１２０から通常読み出しＡ１  で読み出され、画像処理回路１１１では１フレーム目の通常読み出しＡ０  と通常読み出しＡ１  の信号電荷を用いて、ＯＵＴ（Ａ１  ）−ＯＵＴ（Ａ０  ）の演算を行い、得られた結果を出力とする。もちろん、これは、すべての画素について演算を行う。これによって、ＦＰＮ補正のかかった出力が得られ、画像処理回路１１１では得られた出力を用いて撮像された画像をモニター１１２に表示し、且つ、記録媒体１１３に画像データとして記憶させる。ここで、本実施形態ではＯＵＴ（Ａ１  ）−ＯＵＴ（Ａ０  ）の演算を画像処理回路で行う例を示したが、Ｘ線撮像パネル内に差分回路を設けてもよい。
【００４５】
なお、非破壊読み出し時において読み出し速度を速めるために、Ｘ線撮像パネル１２０から画素毎の信号電荷を読み出す場合、間引読み出し、画素加算読み出し、有効な参照位置（参照パターンメモリの数値が０ではない位置）のみのランダムアクセス読み出しを行ってもよい。特に、ランダムアクセス読み出しにしても読み出し前後で電荷が変化しないので、後のフレームに影響はない。これは、非破壊読み出しの特徴である。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は本発明のＸ線撮像装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図７では図１の第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施形態では、最適露光時間決定回路１５１で最適露光時間を決定し、得られた最適露光時間をタイマー１５２にタイマー終了値として設定する。また、ディレイ１５３は撮像スタートスイッチ１０９をオンした時にＸ線源駆動回路１０８の駆動開始を所定時間遅らせるための遅延回路である。
【００４７】
ここで、参照パターン最適化回路１２３内には、図７では省略しているが、図１の参照パターンメモリ１２４、掛け算器１２５、基準値発生回路１２６、加算器１２７が含まれている。従って、参照パターン最適化回路１２３では前述のように部位パターン認識回路１２２の認識結果に基づいて加重加算値を算出し、最適露光時間決定回路１５１に出力する。加重加算値を算出する方法は第１の実施形態で説明した通りである。最適露光時間決定回路１５１では、加重加算値が出力されると、それに基づいて最適露光時間を決定する。
【００４８】
具体的には、加重加算値をα、基準値発生回路１２６のＲＥＦ値をＲＥＦとすると、最適露光時間決定回路１５１では（ＲＥＦ／α  ）＝ｔの演算を行い、得られた時間ｔを最適露光時間として決定する。得られた最適露光時間ｔはタイマー１５２にタイマー終了値として設定され、露光時においてタイマー１５２が終了値ｔになった時にＸ線源駆動回路１０８に停止信号を出力し、Ｘ線放射を停止させる制御を行う。なお、部位パターン認識回路１２２、参照パターン最適化回路１２３、最適露光時間決定回路１５１はＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）で構成されている。
【００４９】
ここで、本実施形態では、露光時に、Ｘ線撮像パネルから非破壊読み出しによって得られる信号に基づいて、放射線源からの放射線の放射を停止するように制御する制御手段として、部位パターン認識回路、参照パターン最適化回路、最適露光時間決定回路、タイマーで構成したものを示したが、非破壊読み出しの信号を所定の基準値と比較して、比較結果に応じて最適露光時間を求め、Ｘ線の放射を停止するように制御する最適露光時間決定回路及びタイマーのみの構成であってもよい。
【００５０】
図８は第２の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。以下、図７及び図８を参照しながら本実施形態の動作について説明する。まず、撮像スタートスイッチ１０９をオンすると、図８（ａ）に示すように撮像スタートを指示する信号がパネル駆動回路１０３、モード切換回路１２１、タイマー１５２、ディレイ１５３にそれぞれ供給される。パネル駆動回路１０３はスタート信号を受けると、図８（ｃ）に示すようにＸ線撮像パネル１２０の駆動を開始し、Ｘ線撮像パネル１２０から信号が読み出される。
【００５１】
この時、図８（ｂ）に示すようにモード切換回路１２１からのモード切換信号はハイレベルとなっていて、１フレーム目、つまりその時点で読み出し中のフレームは通常読み出しＡ０  で読み出され、その後、図８（ｂ）に示すようにモード切換信号はローレベルに切換えられ、非破壊読み出しモードに切り換えられる。また、ディレイ１５３によりスタート信号からＸ線駆動回路１０８の駆動開始が所定時間遅れ、図８（ｄ）に示すように２フレーム目の非破壊読み出しＢ０  が完了してからＸ線源１０１からＸ線放射を開始する。これは、後述するようにＸ線放射の開始前に非破壊読み出しによる信号を得るためである。
【００５２】
非破壊読み出しモードに切り換えられた後、Ｘ線撮像パネル１２０から図８（ｃ）に示すように非破壊読み出しＢ０  、Ｂ１  、Ｂ２  、…、で読み出され、部位パターン認識回路１２２では非破壊読み出しＢ３  を完了した時点で、非破壊読み出しＢ３  のフレームの電荷量と１つ前のフレームの非破壊読み出しＢ２  の電荷量を用いて、蓄積量Ｂの演算を行う。即ち、ＯＵＴ（Ｂ３  ）−ＯＵＴ（Ｂ２  ）の演算を行い、蓄積量Ｂを算出する。なお、非破壊読み出しＢ３  の完了後は図８（ｃ）に示すように読み出し動作を中断する。蓄積量Ｂは第１の実施形態と同様にパターン認識、参照パターンメモリやＲＥＦ値の作成、加重加算値の算出等に用いられる。
【００５３】
最適露光時間決定回路１５１では、前述のように加重加算値を用いて最適露光時間を決定する処理を行い、得られた最適露光時間ｔをタイマー１５２にタイマー終了値として設定する。タイマー１５２が設定時間を計時すると、Ｘ線駆動回路１０８にＸ線源１０１の駆動停止を指示する信号を出力し、図８（ｄ）に示すようにＸ線源１０１からのＸ線放射を停止する。また、Ｘ線放射を停止すると、図８（ｃ）に示すように非破壊読み出しＢ４  を行い、その後、図８（ｂ）に示すようにモード切換信号がハイレベルに切換えられ、通常読み出しＡ０  、Ａ１  、…、を行う。
【００５４】
次に、非破壊読み出しＢ４  を完了すると、画像処理回路１１１では非破壊読み出しＢ０  と非破壊読み出しＢ４  の電荷量を用いてＯＵＴ（Ｂ４  ）−ＯＵＴ（Ｂ０  ）の演算を行い、得られた結果を出力とする。これは、すべての画素について演算を行う。また、画像処理回路１１１では、得られた出力を用いて撮像された画像をモニター１１２に表示する、あるいは記録媒体１１３に画像データとして記憶させる。なお、Ｘ線撮像パネル１２０として、２次元に画素部が配列されているとしたが、１次元に配列されたものでもよい。また、本実施形態ではＯＵＴ（Ｂ４  ）−ＯＵＴ（Ｂ０  ）の演算を画像処理回路で行う例を示したが、Ｘ線撮像パネル内に差分回路を設けてもよい。
【００５５】
ここで、第１の実施形態においては、ＯＵＴ（Ａ１  ）−ＯＵＴ（Ａ０  ）＝出力としているので、ＯＵＴ（Ａ１  ）とＯＵＴ（Ａ０  ）には異なるＫＴＣノイズが含まれている。従って、ＯＵＴ（Ａ０  ）からＯＵＴ（Ａ１  ）を減算しても、ＯＵＴ（Ａ０  ）に含まれるＫＴＣ（Ａ０  ）とＯＵＴ（Ａ１  ）に含まれるＫＴＣ（Ａ１  ）は相殺されない。ＫＴＣノイズはランダムノイズであるから、√２×ＫＴＣのノイズが残ってしまう。
【００５６】
一方、第２の実施形態においては、出力＝ＯＵＴ（Ｂ４  ）−ＯＵＴ（Ｂ０  ）のＯＵＴ（Ｂ０  ）とＯＵＴ（Ｂ４  ）には通常読み出しＡ０  によって発生した同じ量のＫＴＣノイズが含まれている。従って、ＯＵＴ（Ｂ４  ）からＯＵＴ（Ｂ０  ）を減算すると、ＯＵＴ（Ｂ０  ）に含まれるＫＴＣノイズとＯＵＴ（Ｂ４  ）に含まれるＫＴＣノイズが相殺され、ＫＴＣによるノイズの影響を受けない出力を得ることができる。即ち、これは、非破壊読み出しＢ０  とＢ４  の間に通常読み出しが存在しないためである。
【００５７】
また、非破壊読み出しＢ４  の出力の代わりに通常読み出しのＯＵＴ（Ａ１  ）を使い、出力＝ＯＵＴ（Ｂ４  ）−ＯＵＴ（Ａ１  ）としても同様のＫＴＣによるノイズの影響を受けない出力を得ることができる。ＯＵＴ（Ａ１  ）にも通常読み出しＡ０  によって発生したＫＴＣノイズが含まれているからである。つまり、放射線を停止した後に得られた撮像手段の出力から、放射線を放射前に得られた撮像手段の非破壊読み出し出力を減じることによりＫＴＣノイズを含まない良好な放射線撮像出力を得ることができる。
【００５８】
また、第１の実施形態においては、非破壊読み出しＢを行いながらＸ線停止の判定を行っているので、Ｘ線停止のタイミングは非破壊読み出しＢの周期の単位で行い、その中途でＸ線を停止させることはできない。これに対し、第２の実施形態においては最適露光時間決定回路１５１で得られた時間でＸ線を停止できるため、Ｘ線の停止のタイミングを第１の実施形態に比べて細かく制御することが可能である。
【００５９】
なお、以上説明した各実施形態では、Ｘ線を可視光に変換するのに蛍光体を用いたが、一般的なシンチレータ、つまり波長変換体であればよい。また、蛍光体がなくとも光電変換素子自身が直接放射線を検知し、電荷を発生するものでもよい。
【００６０】
また、各実施形態では、Ｘ線を用いた場合を例に説明したが、α、β、γ線等の放射線を用いることができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、煩雑な操作を一切必要とせずに、最適撮像を行うことができ、Ｓ／Ｎの劣化のない、良質の画像を得ることができる。しかも、フォトタイマーユニットを使用していないので、撮影位置ずれ等に拘わらず正確に撮像を行うことができ、Ｓ／Ｎの劣化を小さくできると共に、安価に装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線撮像装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態の加重加算による露光量を算出する動作を説明するための説明図である。
【図３】図１の実施形態のＸ線撮像パネルの一部の回路を示す回路図である。
【図４】通常読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】非破壊読み出し時の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】図１の実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】従来例のＸ線撮像装置を示すブロック図である。
【図１０】図９の従来装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】図９のフォトタイマーユニットを示す図である。
【図１２】撮影位置に応じてセンサを選択する動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１    Ｘ線源
１０３    パネル駆動回路
１０４    被写体
１０７    比較器
１０８    Ｘ線源駆動回路
１０９    撮像スタートスイッチ
１１０    Ａ／Ｄ変換器
１１１    画像処理回路
１１２    モニター
１１３    記録媒体
１２０    Ｘ線撮像パネル
１２１    モード切換回路
１２２    部位パターン認識回路
１２３    参照パターン最適化回路
１２４    参照パターンメモリ
１２５    掛け算器
１２６    基準値発生回路
１２７    加算器
１３０    垂直シフトレジスタ
１３１    水平シフトレジスタ
１３２    アンドゲート
１３３    画素
１３４    定電流源
１３５    水平出力切換用ＭＯＳトランジスタ
１３６    リセット用ＭＯＳトランジスタ
１３７    垂直出力切換用ＭＯＳトランジスタ
１３８    読み出し用ＭＯＳトランジスタ
１３９    光電変換素子
１４０    コンデンサ
１４１    垂直読み出し線
１４２    水平読み出し線
１５１    最適露光時間決定回路
１５２    タイマー
１５３    ディレイ
【図１】
0003548507.tif 000002
【図２】
0003548507.tif 000003
【図３】
0003548507.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003548507.tif 000006
【図６】
0003548507.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003548507.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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