(57)【要約】【課題】検出器に入射する放射線量の如何にかかわらず、十分な画質を有する出力画像の取得を実現する。【解決手段】Ｘ線発生装置２００から照射され、被写体３００を透過したＸ線２０１を画像信号として検出する平面型検出器１１０と、平面型検出器１１０で検出した画像信号を増幅して読み出す読み出し手段１２０と、平面型検出器１１０に入射するＸ線のＸ線量に応じた前記画像信号のＳＮ比が当該画像信号に対して要求されるＳＮ比で得られるように、Ｘ線発生装置２００、平面型検出器１１０および読み出し手段１２０のうちの少なくとも１つの制御を行う制御手段１４０を具備する。【選択図】図４
2008212644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線発生装置から照射され、被写体を透過した放射線を画像信号として検出する検出器と、
前記検出器で検出した画像信号を増幅して読み出す読み出し手段と、
前記画像信号が当該画像信号に対して要求されるＳＮ比で得られるように、前記放射線発生装置、前記検出器および前記読み出し手段のうちの少なくとも１つの制御を行う制御手段と
を有し、
前記制御手段は、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記放射線の放射線量に応じた第１のノイズ成分が支配的になる第１の領域にある場合、前記放射線量を変更する変更制御を行い、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記検出器または前記読み出し手段に固有の第２のノイズ成分が支配的になる第２の領域にある場合、前記検出器の増幅率および前記読み出し手段の増幅率のうちの少なくとも一方を変更する変更制御を行うことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記放射線の放射線量が前記第１の領域と前記第２の領域との間の第３の領域にある場合、前記放射線量と、前記検出器の増幅率および前記読み出し手段の増幅率のうちの少なくとも一方とを変更す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】
前記検出器には、入射した放射線を前記画像信号に変換する複数の変換素子が設けられており、
前記制御手段は、前記検出器の増幅率を変更する際に、前記変換素子に印加されるバイアスを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記検出器に入射する前記放射線の放射線量を検出する放射線量検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記放射線量検出手段で検出された放射線量に応じて前記変更制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記読み出し手段で読み出された画像信号に基づいて前記検出器に入射する前記放射線の放射線量を算出する信号処理手段を更に有し、
前記制御手段は、前記信号処理手段で算出された放射線量に応じて前記変更制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記検出器における検出領域に対して関心領域を設定する関心領域設定手段を更に有し、
前記制御手段は、前記関心領域設定手段で設定された関心領域に入射する前記放射線の放射線量に応じて前記変更制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記変換素子は、前記放射線を光に変換するシンチレータおよび前記シンチレータで変換された光を前記画像信号に変換する光電変換素子を含むもの、または、前記放射線を直接、前記画像信号に変換するもので形成されてい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８】
前記画像信号に対して要求されるＳＮ比を設定するＳＮ比設定手段を更に有す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装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記検出器および前記読み出し手段のダイナミックレンジ特性を加味して、前記変更制御を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
前記放射線発生装置と
を有することを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項１１】
放射線発生装置から照射され、被写体を透過した放射線を画像信号として検出する検出器と、前記検出器で検出した画像信号を読み出す読み出し手段とを備えた放射線撮像装置の駆動方法であって、
前記検出器で検出した画像信号を増幅して読み出す読み出しステップと、
前記画像信号が当該画像信号に対して要求されるＳＮ比で得られるように、前記放射線発生装置、前記検出器および前記読み出し手段のうちの少なくとも１つの制御を行う制御ステップと
を有し、
前記制御ステップでは、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記放射線の放射線量に応じた第１のノイズ成分が支配的になる第１の領域にある場合、前記放射線量を変更する変更制御を行い、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記検出器または前記読み出し手段に固有の第２のノイズ成分が支配的になる第２の領域にある場合、前記検出器の増幅率および前記読み出し手段の増幅率のうちの少なくとも一方を変更する変更制御を行うことを特徴とする放射線撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線発生装置から照射され、被写体を透過した放射線を画像信号として検出する検出器を備えた放射線撮像装置及びその駆動方法、並びに、当該放射線撮像装置と放射線発生装置とを具備する放射線撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラスなどの絶縁基板上に成膜し形成したアモルファスシリコンを材料とし、光電変換素子とスイッチ素子で構成される画素を２次元状に配置したセンサアレーを有する平面型検出器が開発され、医療用のＸ線撮像装置などに応用されている。
【０００３】
このような平面型検出器を利用したＸ線撮像装置については、例えば、下記の特許文献１などに示されている。以下に、この特許文献１等の従来のＸ線撮像装置を含むＸ線撮像システムについて図を用いて説明する。
【０００４】
図２０は、従来のＸ線撮像システムにおける概略構成図である。
【０００５】
図２０に示す従来のＸ線撮像システムは、Ｘ線発生装置２００、平面型検出器４０１、信号処理手段４０２、表示手段４０３、採光部４０４、光検出器４０５、増幅器４０６及びＸ線条件制御部４０７を具備して構成されている。
【０００６】
図２０に示すＸ線撮像システムでは、Ｘ線発生装置２００から被写体３００にＸ線２０１が照射され、被写体３００を透過したＸ線２０１が平面型検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）４０１に入射する。この平面型検出器４０１で検出した画像信号は、信号処理手段４０２で処理された後、当該画像信号に基づく画像が表示手段４０３に表示される。
【０００７】
また、採光部４０４では、平面型検出器４０１を透過したＸ線量を検出する。そして、採光部４０４で検出されたＸ線量の情報は、光検出器４０５及び増幅器４０６を介してＸ線条件制御部４０７に送られる。そして、Ｘ線条件制御部４０７では、平面型検出器４０１を透過するＸ線量が一定になるように、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件を制御している。
【０００８】
また、特許文献１では、平面型検出器の代わりにイメージインテンシファイヤ（Ｉ．Ｉ．）の検出器と光学系を設けて、同様にＸ線量が一定になるようにＸ線発生装置のＸ線照射条件を制御することが示されている。
【０００９】
また、下記の特許文献２には、Ｘ線照射条件に応じて、前段処理回路のダイナミックレンジにおさまるように、当該前段処理回路の特性を変えるようにした技術が示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２９９３１６号公報
【特許文献２】特開平１１−９４５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に、手術や医療診断などに用いる透視撮影可能なＸ線撮像装置においては、被写体への被曝線量が低く、かつ、出力画像が十分な画質を有していることが要求される。
【００１２】
しかしながら、特許文献１の技術では、検出器に入射するＸ線量が一定となるように、Ｘ線発生装置のＸ線照射条件を制御するものであるため、検出器に入射するＸ線量の値によっては、十分な画質を有する出力画像が得られないという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２の技術では、前段処理回路のダイナミックレンジにおさまるように、当該前段処理回路の特性を変えるようにしているが、やはり、検出器に入射するＸ線量によっては、十分な画質を有する出力画像が得られないという問題がある。
【００１４】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、検出器に入射する放射線量の如何にかかわらず、十分な画質を有する出力画像の取得を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の放射線撮像装置は、放射線発生装置から照射され、被写体を透過した放射線を画像信号として検出する検出器と、前記検出器で検出した画像信号を増幅して読み出す読み出し手段と、前記画像信号が当該画像信号に対して要求されるＳＮ比で得られるように、前記放射線発生装置、前記検出器および前記読み出し手段のうちの少なくとも１つの制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記放射線の放射線量に応じた第１のノイズ成分が支配的になる第１の領域にある場合、前記放射線量を変更する変更制御を行い、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記検出器または前記読み出し手段に固有の第２のノイズ成分が支配的になる第２の領域にある場合、前記検出器の増幅率および前記読み出し手段の増幅率のうちの少なくとも一方を変更する変更制御を行う。
【００１６】
本発明の放射線撮像装置の駆動方法は、放射線発生装置から照射され、被写体を透過した放射線を画像信号として検出する検出器と、前記検出器で検出した画像信号を読み出す読み出し手段とを備えた放射線撮像装置の駆動方法であって、前記検出器で検出した画像信号を増幅して読み出す読み出しステップと、前記画像信号が当該画像信号に対して要求されるＳＮ比で得られるように、前記放射線発生装置、前記検出器および前記読み出し手段のうちの少なくとも１つの制御を行う制御ステップとを有し、前記制御ステップでは、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記放射線の放射線量に応じた第１のノイズ成分が支配的になる第１の領域にある場合、前記放射線量を変更する変更制御を行い、前記放射線の放射線量が、前記画像信号のノイズ成分に対して前記検出器または前記読み出し手段に固有の第２のノイズ成分が支配的になる第２の領域にある場合、前記検出器の増幅率および前記読み出し手段の増幅率のうちの少なくとも一方を変更する変更制御を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検出器に入射する放射線量の如何にかかわらず、十分な画質を有する出力画像を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
−本発明の骨子−
本発明者は、検出器に入射する放射線量の如何にかかわらず、十分な画質を有する出力画像の取得を実現すべく、以下に示す本発明の骨子を想到した。
【００１９】
本発明者は、まずはじめに、Ｘ線を画像信号として検出する検出器の種類によるＳＮ特性の差異について検討を行った。
【００２０】
図１は、本発明を説明するためのＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。
【００２１】
図１に示すＸ線撮像システムでは、Ｘ線発生装置（放射線発生装置）２００から被写体３００にＸ線が照射され、被写体３００を透過したＸ線が検出器１１０に入射する。ここで、検出器１１０としては、平面型検出器又はイメージインテンシファイヤ（Ｉ．Ｉ．）を適用可能であるが、以降の説明では、平面型検出器１１０として説明を行う。被写体３００を透過したＸ線が平面型検出器１１０に入射すると、平面型検出器１１０において入射したＸ線を画像信号として検出する。そして、平面型検出器１１０で検出した画像信号は、読み出し手段１２０に読み出される。読み出し手段１２０では、可変ゲイン増幅器１２１において画像信号を例えばＧ倍の増幅率で増幅可能としている。また、可変ゲイン増幅器１２１で増幅された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２２においてアナログ信号からデジタル信号に変換されて出力されるようになっている。
【００２２】
次に、図５を用いて本発明に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）の平面型検出器１１０及び読み出し手段１２０の内部における例示的な回路構成を説明する。
【００２３】
図５は、本発明に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）において、平面型検出器１１０及び読み出し手段１２０の内部の詳細な回路構成の一例を示す模式図である。
【００２４】
図５に示すように、平面型検出器１１０は、センサアレー１１１と、駆動回路部１１２と、バイアス（Ｖｓ）電源１１３とを有して構成されている。
【００２５】
センサアレー１１１は、絶縁性基板であるガラス基板上に形成されており、変換素子（Ｓ１１〜Ｓｍｎ）とスイッチ素子（Ｔ１１〜Ｔｍｎ）とをそれぞれ１つずつ含む画素１１１ａが２次元行列（２次元マトリクス）状に配置されている。ここで、変換素子Ｓ１１〜Ｓｍｎは、入射したＸ線を電気信号（電荷）に変換するものであり、例えば、アモルファスシリコンからなるＰＩＮ型のフォトダイオード及びシンチレータを有して形成されている。また、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔｍｎは、各変換素子Ｓ１１〜Ｓｍｎで生成された電荷に基づく画像信号を読み出し手段１２０に転送するものであり、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から形成されている。
【００２６】
各変換素子Ｓ１１〜Ｓｍｎの共通電極側（図５では、フォトダイオードのカソード側）には、共通のバイアス配線を介してバイアス電源１１３からバイアス電圧Ｖｓが印加されるように構成されている。
【００２７】
また、センサアレー１１１には、各スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔｍｎのゲート電極を行方向に接続する駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇｍが設けられており、各駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇｍは、シフトレジスタなどで構成される駆動回路部１１２に接続されている。更に、センサアレー１１１には、各スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔｍｎのソース電極を列方向に接続する信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎが設けられており、各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎは、読み出し手段１２０に接続されている。
【００２８】
駆動回路部１１２は、各駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇｍに対して駆動信号を供給することにより、当該各駆動配線Ｖｇ１〜Ｖｇｍに接続された各スイッチ素子をオンさせて、当該各スイッチ素子を駆動させる。
【００２９】
読み出し手段１２０は、各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎを介して各画素１１１ａから画像信号の読み出しを行う。読み出し手段１２０は、演算増幅器Ａ１〜Ａｎ、帰還容量（積分容量）Ｃｆ、サンプルホールド容量ＣSH、アナログマルチプレクサ１２３、可変ゲイン増幅器１２１及びＡ／Ｄコンバータ１２２を有して構成されている。更に、読み出し手段１２０は、リセット（ＲＣ）用スイッチ、各演算増幅器Ａ１〜Ａｎ毎に帰還容量Ｃｆの切り替えを行うための切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３及びサンプルホールド（ＳＨ）用スイッチ等の各種スイッチを有している。
【００３０】
制御手段１４０は、読み出し手段１２０内の可変ゲイン増幅器１２１におけるゲインや読み出し手段１２０内の帰還容量Ｃｆを制御することで、読み出し手段１２０の増幅率を制御している。ここで、図５に示す例では、各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に接続されている帰還容量Ｃｆは同等の容量となっており、制御手段１４０で各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をいくつオンさせるかによって、読み出し手段１２０の増幅率を変更できるようになっている。なお、本発明に係る実施形態においては、この形態に限らず、例えば、各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３にそれぞれ容量の異なる帰還容量を接続し、各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を１つだけオンさせて、読み出し手段１２０の増幅率を変更する形態であってもよい。
【００３１】
図５に示すように、読み出し手段１２０の増幅率を複数のパターンで制御可能であることは、読み出し手段１２０の帯域及びダイナミックレンジを考慮すると、より望ましい形態である。
【００３２】
また、Ｘ線発生装置２００は、制御手段１４０からのＸ線制御信号に応じて、被写体３００に照射するＸ線２０１のＸ線量を調整可能に構成されている。
【００３３】
ここで、Ｘ線撮像装置のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）特性を決めるノイズ成分について説明する。図１及び図５に示されたＸ線撮像装置におけるノイズ成分には、主として以下の２種類がある。
［１］Ｘ線量子ノイズ（σｑ）：検出器への入射Ｘ線量子数Ｎの平方根に比例するノイズ（標準偏差）
［２］システムノイズ（σｓ）：検出器又は読み出し手段に固有のノイズ（標準偏差）
【００３４】
本発明においては、Ｘ線量子ノイズσｑを放射線の放射線量に応じたノイズ成分である第１のノイズ成分とし、システムノイズσｓを検出器又は読み出し手段に固有のノイズ成分である第２のノイズ成分とする。ここで、システムノイズσｓについて説明する。システムノイズσｓは、光電変換素子のダーク電流によるショットノイズ（図５のＳ１１〜Ｓｍｎに起因）、スイッチ素子の熱ノイズ（図５のＴ１１〜Ｔｍｎに起因）、配線抵抗の熱ノイズ（図５のＳｉｇ１〜Ｓｉｇｎに起因）、演算増幅器のノイズ（図５のＡ１〜Ａｎに起因）、増幅器のノイズ（図５の可変ゲイン増幅器１２１に起因）、Ａ／Ｄ量子化ノイズ（図５のＡ／Ｄコンバータ１２２に起因）など、複数の要因で構成される。本発明では、システムノイズσｓが増幅率に依存しない場合について説明している。これはシステムノイズを構成する複数の要因の中で、Ａ／Ｄ量子化ノイズが支配的な場合に相当する。
【００３５】
上記［１］及び［２］のノイズはそれぞれ独立であるため、統計によりＸ線撮像装置全体のノイズσallは、以下の数式１に示すように表せる。
σall＝｛（σｑ）2＋（σｓ）2｝1/2  ・・・（数式１）
【００３６】
また、読み出し手段１２０が平面型検出器１１０の画像信号に対して増幅率Ｇをかけて読み出しを行う場合には、Ｘ線撮像装置全体のノイズσallは、以下の数式２に示すように表せる。
σall＝｛（Ｇ・σｑ）2＋（σｓ）2｝1/2  ・・・（数式２）
【００３７】
一方で、Ｘ線撮像装置全体としての出力信号Ｓallは、読み出し手段１２０の増幅率Ｇ、平面型検出器１１０単体の出力信号Ｓの場合には、検出器の種類にかかわらず、以下の数式３に示すように表せる。
Ｓall＝Ｇ・Ｓ  ・・・（数式３）
【００３８】
そして、Ｘ線撮像装置全体のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）は、以下の数式４に示すように表せる。
Ｘ線撮像装置全体のＳＮ比＝Ｓall／σall  ・・・（数式４）
【００３９】
これらを踏まえた上で、本発明者は、σｑ＞＞σｓの検出器及びσｓが比較的大きい検出器を用いた場合の撮像装置のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）特性と、読み出し手段１２０の増幅率との関係について考察を行った。
【００４０】
図２は、σｑ＞＞σｓの検出器を用いた場合の当該検出器への入射Ｘ線量とＸ線撮像装置全体のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）との関係を示す特性図である。また、図３は、検出器に固有のシステムノイズσｓが比較的大きい検出器を用いた場合の当該検出器への入射Ｘ線量とＸ線撮像装置全体のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）との関係を示す特性図である。なお、図２及び図３では、読み出し手段１２０における増幅率（ゲイン）をパラメータとしてその特性を示している。
【００４１】
（１）σｑ＞＞σｓの検出器を用いた場合
この場合、図２に示すように、基本的にすべてのＸ線量域で、σｑ＞＞σｓの関係が成り立つ場合が多く、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）は、読み出し手段１２０の増幅率の影響を受けずに、入射Ｘ線量子数に対して一定の傾きで推移する。すなわち、この場合、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）を向上させるためには、読み出し手段１２０の増幅率を増加させることは効果がなく、被写体３００に照射するＸ線量を増加させることのみが有効である。
【００４２】
（２）検出器に固有のシステムノイズσｓが比較的大きい検出器を用いた場合
この場合、図３に示すように、検出器に固有のノイズσｓが比較的大きいため、Ｘ線撮像装置のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）は、読み出し手段１２０の増幅率に依存する。具体的には、Ｘ線量が比較的少ない領域において、検出器に固有のノイズσｓのために急激にＳＮ比（Ｓ／Ｎ）が低下する場合がある。ここで、Ｘ線量が比較的少ない領域とは、Ｘ線量子ノイズσｑがシステムノイズσｓより小さくなるようなＸ線量の領域である。特に、Ｘ線撮像装置全体のノイズσallに対してシステムノイズσｓがＸ線量子ノイズσｑに比べて支配的になるようなＸ線量が少ない低Ｘ線量の領域においては、システムノイズσｓのための急激なＳＮ比の低下がより顕著になる。ここで、低Ｘ線量の領域とは、Ｘ線量子ノイズσｑとシステムノイズσｓが、例えば、２σｑ≦σｓの関係となるようなＸ線量の領域である。このようなＸ線量が比較的少ない領域においては、読み出し手段１２０の増幅率を上げると、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）が向上する。特に、低Ｘ線量の領域においては、読み出し手段１２０の増幅率を上げると、ＳＮ比がより顕著に向上する。また、Ｘ線量が比較的多い領域では、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）は、読み出し手段１２０の増幅率への依存度が低下する。ここで、Ｘ線量が比較的多い領域とは、システムノイズσｓがＸ線量子ノイズσｑより小さくなるようなＸ線量の領域である。特に、Ｘ線撮像装置全体のノイズσallに対してＸ線量子ノイズσｑがシステムノイズσｓに比べて支配的になるようなＸ線量が多い高Ｘ線量の領域においては、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）は読み出し手段１２０の増幅率に依存しなくなる。ここで、高Ｘ線量の領域とは、Ｘ線量子ノイズσｑとシステムノイズσｓが、例えば、σｑ≧２σｓの関係となるようなＸ線量の領域である。すなわち、固有のシステムノイズσｓが比較的大きい検出器を備えたＸ線撮像装置では、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の最適化のためにσｑ＞＞σｓの検出器を用いたＸ線撮像装置とは異なる制御が必要である。なお、高Ｘ線量の領域は本発明における第１の領域に相当し、低Ｘ線量の領域は本発明における第２の領域に相当するものである。
【００４３】
そこで本発明者は、検出器を備えたＸ線撮像装置では、入射するＸ線量に応じた画像信号のＳＮ比が得られるように、Ｘ線発生装置２００からのＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率のうちの少なくともいずれか一方を変更する変更制御を行うようにした。すなわち、本発明者は、入射するＸ線量に応じた画像信号のＳＮ比が得られるように、Ｘ線発生装置２００からのＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を制御することを案出した。
【００４４】
例えば、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が比較的少ない領域では、ＳＮ比を向上させるためには、読み出し手段１２０の増幅率を増加させる変更制御を行うことが効果的である。また、ＳＮ比を低下させるためには、読み出し手段１２０の増幅率を減少させる変更制御を行うことが効果的である。つまり、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が比較的少ない領域では、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の最適化のためには、読み出し手段１２０の増幅率を変更する変更制御を行うことが効果的である。特に、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が少ない低Ｘ線量の領域においては、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の最適化のためには、読み出し手段１２０の増幅率を変更する変更制御を行うことがより望ましい。なお、本発明においては、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が少ない低Ｘ線量の領域において、読み出し手段１２０の増幅率を変更する変更制御に加えて（或いは替えて）、平面型検出器１１０の増幅率を変更する変更制御を行うことも可能である。
【００４５】
逆に、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が比較的多い領域では、ＳＮ比を向上させるためには、被写体３００に照射するＸ線量を増加させる変更制御を行うことが効果的である。また、ＳＮ比を低下させるためには、被写体３００に照射するＸ線量を減少させる変更制御を行うことが効果的である。つまり、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が比較的多い領域では、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の最適化のためには、被写体３００に照射するＸ線量を変更する変更制御を行うことが効果的である。特に、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が多い高Ｘ線量の領域においては、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の最適化のためには、Ｘ線量を変更する変更する変更制御を行うことがより望ましい。
【００４６】
なお、低Ｘ線量の領域と高Ｘ線量の領域との間の領域では、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の最適化のためには、読み出し手段１２０の増幅率と被写体３００に照射するＸ線量の両方を変更する変更制御を行うことがより効果的である。ここで、低Ｘ線量の領域と高Ｘ線量の領域との間の領域は、Ｘ線量が比較的少ない領域やＸ線量が比較的多い領域などであり、本発明における第３の領域に相当するものである。
【００４７】
−本発明を適用した具体的な実施形態−
以下、上述した本発明の骨子を踏まえた具体的な実施形態について説明する。なお、以下に示す本発明の諸実施形態の説明においては、放射線としてＸ線を適用した例を示すが、本発明においてはこれに限定されず、例えば、放射線として、可視光等の電磁波やα線、β線、γ線なども含まれるものとする。
【００４８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図４は、第１の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。
【００４９】
図４に示すように、第１の実施形態に係るＸ線撮像システムは、被写体３００に対してＸ線２０１を照射するＸ線発生装置２００と、被写体３００を透過したＸ線２０１を画像信号として撮像するＸ線撮像装置（放射線撮像装置）１００とを有して構成されている。
【００５０】
図４に示すように、Ｘ線撮像装置１００は、平面型検出器１１０、読み出し手段１２０、線量モニタ１３０、制御手段１４０、信号処理手段１５０、表示手段１６０、記憶手段１７０及び操作入力手段１８０を有して構成されている。
【００５１】
平面型検出器１１０は、Ｘ線発生装置２００から照射され、被写体３００を透過したＸ線２０１を画像信号として検出する。なお、この平面型検出器１１０における内部の詳細な回路構成については、図５に示すようになっている。
【００５２】
読み出し手段１２０は、可変ゲイン増幅器１２１及びＡ／Ｄコンバータ１２２を含んで構成されており、平面型検出器１１０で検出した画像信号を増幅等の処理を行って読み出す。より具体的に、読み出し手段１２０では、可変ゲイン増幅器１２１において画像信号を例えばＧ倍の増幅率で増幅可能としている。また、可変ゲイン増幅器１２１で増幅された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２２においてアナログ信号からデジタル信号に変換されて出力されるようになっている。なお、この読み出し手段１２０における内部の詳細な回路構成については、図５に示すようになっている。
【００５３】
線量モニタ（放射線量検出手段）１３０は、平面型検出器１１０の近傍に設けられており（図４では、平面型検出器１１０の裏面に配置）、医師や技師など撮影者による関心領域（ＲＯＩ）のＸ線量を検出（モニタ）する。
【００５４】
制御手段１４０は、Ｘ線撮像システムにおける動作を統括的に制御するものであり、必要に応じて、当該Ｘ線撮像システムにおける各構成部（１１０〜１３０、１５０〜１８０及び２００）の動作を制御する。
【００５５】
本実施形態の制御手段１４０は、線量モニタ１３０で検出されたＸ線量に係る情報に応じて、読み出し手段１２０の増幅率、及び、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量を制御可能に構成されている。具体的に、制御手段１４０は、読み出し手段１２０内の可変ゲイン増幅器１２１におけるゲインや読み出し手段１２０内の帰還容量Ｃｆを制御することで、読み出し手段１２０の増幅率を制御する。また、制御手段１４０は、Ｘ線発生装置２００の管電圧、管電流、照射するＸ線２０１のパルス幅、絞り、フィルタ等のＸ線照射条件を制御することで、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量を制御する。
【００５６】
より詳細に制御手段１４０は、線量モニタ１３０で検知された「平面型検出器１１０に入射するＸ線量」に応じて、不図示のルックアップテーブルや演算手段などを用いて画像信号を増幅する際の増幅率及び被写体３００に照射するＸ線２０１のＸ線量を算出する。そして、制御手段１４０は、算出したＸ線量に応じて予め定められたＳＮ比（Ｓ／Ｎ）を満たすように、読み出し手段１２０の増幅率とＸ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量とのうちの少なくとも一方を変更するように制御して、画質の調整を行う。なお、本実施形態における出力信号Ｓは、関心領域の出力の平均値、関心領域の出力の最小値、及び関心領域の出力の最大値のうちのいずれか１つに相当する。また、本実施形態におけるノイズ成分Ｎは、関心領域の出力の標準偏差、及び、複数フレーム間の関心領域の出力の差分の標準偏差のうちのいずれか１つに相当する。そして、本発明のＳＮ比は、上記のいずれかの出力信号Ｓをノイズ成分Ｎで除算して得られた比率である。
【００５７】
ここでは、予め定められたＳＮ比（Ｓ／Ｎ）を満たすように、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件の制御によるＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を制御する場合について説明した。
【００５８】
しかしながら、本実施形態においては、これらの構成に加えて、操作入力手段１８０を設けており、例えば、当該操作入力手段１８０から撮影者が要求するＳＮ比（すなわち要求画質）を設定できるように構成されている。この場合、制御手段１４０は、線量モニタ１３０からの関心領域のＸ線量に係る情報と、操作入力手段１８０から入力された要求ＳＮ比（要求画質）に係る情報に基づいて制御を行う。具体的に、制御手段１４０は、これらの情報に基づいて、ルックアップテーブルや演算手段などを用いて、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件の制御によるＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定し、制御を行う。
【００５９】
信号処理手段１５０は、例えば、プロセッサ、メモリなどで構成されており、制御手段１４０による制御に基づいて、読み出し手段１２０から出力された画像信号に対して所定の画像処理を行い、画像データを生成する。
【００６０】
そして、信号処理手段１５０で生成された画像データは、制御手段１４０による制御に基づいて、記憶手段１７０に記憶され、或いは、当該画像データに基づく画像が表示手段１６０に表示される。
【００６１】
次に、第１の実施形態に係るＸ線撮像装置１００の駆動方法について説明する。
図６は、第１の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）１００の駆動方法を示すタイミングチャートである。ここで、第１の実施形態に係るＸ線撮像装置は、先に説明した図５に示された平面型検出器１１０及び読み出し手段１２０を用いている。
【００６２】
はじめに、予め設定されたＸ線照射条件でＸ線発生装置２００から被写体３００にＸ線２０１が照射され、被写体３００を透過したＸ線が平面型検出器１１０に入射する。更に、不図示のタイミング発生装置からのリセット（ＲＣ）信号により、演算増幅器Ａ１〜Ａｎに設けられたリセット（ＲＣ）用スイッチがオンして、帰還容量（積分容量）Ｃｆ及び各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎが基準電位（Ｖref電位）にリセットされる。
【００６３】
続いて、まず、駆動回路部１１２から駆動配線Ｖｇ１に駆動信号が供給され、駆動配線Ｖｇ１に接続された１行目のスイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ１ｎがオンする。これにより、１行目の各変換素子Ｓ１１〜Ｓ１ｎで生成された電荷に基づく画像信号が信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎを介して読み出し手段１２０に転送される。そして、転送された電荷に基づく画像信号は、各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎに接続された演算増幅器Ａ１〜Ａｎで電圧に基づく画像信号に変換される。この際、演算増幅器Ａ１〜Ａｎの帰還容量（積分容量）Ｃｆは、制御手段１４０によるＣｆ制御信号に基づき各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオン／オフされて、所望の容量に設定されている。
【００６４】
次に、読み出し手段１２０に対して、不図示のタイミング発生装置からサンプルホールド（ＳＨ）信号が印加されると、演算増幅器Ａ１〜Ａｎからの画像信号が各サンプルホールド容量ＣSHにサンプリングされる。その後、各サンプルホールド容量ＣSHにサンプリングされた画像信号が、アナログマルチプレクサ１２３でシリアル変換されて可変ゲイン増幅器１２１に出力される。
【００６５】
そして、可変ゲイン増幅器１２１では、制御手段１４０によるゲイン制御信号に基づいて、入力された画像信号を増幅して、アナログデータ線を介してＡ／Ｄコンバータ１２２に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１２２では、所定のクロックに同期して、入力されたアナログ信号の画像信号をデジタル信号に変換し、デジタル出力バスを介して信号処理手段１５０に出力する。
【００６６】
以上の駆動を行うことにより、１行目の各変換素子Ｓ１１〜Ｓ１ｎにおける画像信号の処理がなされる。
【００６７】
続いて、再び、不図示のタイミング発生装置からのリセット（ＲＣ）信号により、演算増幅器Ａ１〜Ａｎの帰還容量（積分容量）Ｃｆ及び各信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎが基準電位（Ｖref電位）にリセットされる。その後、駆動回路部１１２から駆動配線Ｖｇ２に駆動信号が供給され、２行目の各変換素子Ｓ２１〜Ｓ２ｎで生成された電荷に基づく画像信号が、２行目のスイッチ素子Ｔ２１〜Ｔ２ｎ及び信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎを介して読み出し手段１２０に読み出される。
【００６８】
そして、２行目〜ｍ行目の各変換素子に対しても、上述した１行目の各変換素子Ｓ１１〜Ｓ１ｎにおける画像信号の処理を行うことによって、１フレーム、すなわちセンサアレー１１１の全画素における画像信号の読み出しが行われる。
【００６９】
平面型検出器１１０に入射するＸ線のうち、撮影者の関心領域のＸ線量は、フレーム毎に線量モニタ１３０でモニタされ、制御手段１４０に入力される。制御手段１４０は、関心領域のＸ線量から、不図示のルックアップテーブルや演算手段等を用いて最適なＸ線照射量及び読み出し手段１２０の増幅率を算出する。そして、制御手段１４０は、これらを実現させるためのＸ線発生装置２００のＸ線照射条件、及び、読み出し手段１２０の帰還容量Ｃｆ、可変ゲイン増幅器１２１のゲインを求める。
【００７０】
そして、制御手段１４０は、求めたＸ線照射条件に係るＸ線制御信号をＸ線発生装置２００に対して送信し、Ｘ線発生装置２００におけるＸ線照射条件を設定する。同様に、制御手段１４０は、求めた帰還容量Ｃｆに係るＣｆ制御信号を切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に対して送信し、各演算増幅器Ａ１〜Ａｎにおける帰還容量Ｃｆを設定する。また、制御手段１４０は、求めた可変ゲイン増幅器１２１のゲインに係るゲイン制御信号を可変ゲイン増幅器１２１に対して送信し、可変ゲイン増幅器１２１のゲインを設定する。
【００７１】
次に、図５に示す画素１１１ａの構造について説明する。
図７は、図５に示す画素１１１ａの断面構造を示す模式図である。具体的に、図７には、代表して、変換素子（Ｓ１１）、スイッチ素子（Ｔ１１）及び信号配線（Ｓｉｇ１）の断面構造が示されている。
【００７２】
変換素子（Ｓ１１）は、ＰＩＮ型のフォトダイオード（光電変換素子）及びシンチレータ層２４を有して形成されている。ＰＩＮ型のフォトダイオードは、ガラス基板１上に、下部電極層１０、アモルファスシリコンからなるｐ層１１、アモルファスシリコンからなる半導体層１２、アモルファスシリコンからなるｎ層１３及び上部電極層１４が順次積層されて構成されている。そして、変換素子（Ｓ１１）は、このＰＩＮ型のフォトダイオード上に、保護層２２、接着層２３及びシンチレータ層２４が順次積層されて構成されている。
【００７３】
変換素子（Ｓ１１）では、入射したＸ線がシンチレータ層２４で光（可視光）に変換され、シンチレータ層２４で変換された光がＰＩＮ型のフォトダイオードで電荷に変換される。
【００７４】
スイッチ素子（Ｔ１１）は、ガラス基板１上に、ゲート電極層１５、アモルファスシリコン窒化膜からなる絶縁層１６、アモルファスシリコンからなる半導体層１７、アモルファスシリコンからなるｎ層１８、及び、ドレイン電極層１９／ソース電極層２０が順次積層されている。更に、スイッチ素子（Ｔ１１）は、ドレイン電極層１９／ソース電極層２０上に、保護層２２、接着層２３及びシンチレータ層２４が順次積層されている。
【００７５】
信号配線（Ｓｉｇ１）は、図７には示されていないが図５に示すように、スイッチ素子（Ｔ１１）のソース電極層２０と電気的に接続されている。信号配線（Ｓｉｇ１）は、ガラス基板１上に、アモルファスシリコン窒化膜からなる絶縁層１６、アモルファスシリコンからなる半導体層１７、アモルファスシリコンからなるｎ層１８及び配線層２１が順次積層されて構成されている。更に、信号配線（Ｓｉｇ１）は、配線層２１上に、保護層２２、接着層２３及びシンチレータ層２４が順次積層されている。
【００７６】
ここで、変換素子（Ｓ１１）の下部電極層１０、スイッチ素子（Ｔ１１）のドレイン電極層１９及びソース電極層２０、並びに、信号配線（Ｓｉｇ１）の配線層２１は、同一の工程で同一の金属材料で形成されている。
【００７７】
また、保護層２２は、Ｘ線に対して透過率の高いアモルファスシリコン窒化膜などの材料で形成されている。また、シンチレータ層２４は、ガドリニウム系の材料、あるいはヨウ化セシウムなどの材料で形成されている。
【００７８】
なお、図７に示す変換素子（Ｓ１１）は、ＰＩＮ型のフォトダイオードを有して構成されているが、本実施形態においてはこれに限定されず、例えば、ＭＩＳ型のフォトダイオードであってもよい。また、図７に示す変換素子（Ｓ１１）は、シンチレータ層２４及びアモルファスシリコンからなる間接変換型のフォトダイオードで構成されたものを示しているが、シンチレータ層２４を構成せずに、いわゆる直接変換型のフォトダイオードで構成されていてもよい。変換素子（Ｓ１１）を直接変換型のフォトダイオードで構成する場合、Ｘ線を直接電荷に変換することになるが、その主材料としては、例えば、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ＣｄＴｅ或いはＣｄＺｎＴｅなどを用いる。
【００７９】
また、図７に示すスイッチ素子（Ｔ１１）は、アモルファスシリコンで形成されたものを示しているが、本実施形態においてはこれに限定されず、例えば、ポリシリコンや好適な有機材料で形成されていてもよい。
【００８０】
第１の実施形態に係るＸ線撮像装置によれば、平面型検出器１１０に入射するＸ線（放射線）量の如何にかかわらず、十分な画質を有する出力画像を取得することができる。特に、医療診断や手術用の透視撮影を行うＸ線撮像装置において、被写体３００の被曝線量の低減と、十分な画質を有する出力画像の取得とを両立させることが可能となる。
【００８１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図８は、第２の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。図８において、第１の実施形態に係る図４と同様の構成については、同様の符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
第２の実施形態に係るＸ線撮像装置１０２において、第１の実施形態に係るＸ線撮像装置１００と異なる点は以下に示す点である。
・撮影者の関心領域のＸ線量をモニタするための線量モニタ１３０を構成しない。
・平面型検出器１１０から出力される画像信号を信号処理手段１５２で信号処理することにより、平面型検出器１１０上の関心領域に入射するＸ線量をモニタする。そして、このモニタしたＸ線量に応じて、制御手段１４２は、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件の制御によるＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定し制御を行う。
【００８３】
次に、第２の実施形態に係るＸ線撮像装置１０２の駆動方法について説明する。
第１実施形態と同様に、まずはじめに、予め設定されたＸ線照射条件でＸ線発生装置２００から被写体３００にＸ線２０１が照射され、被写体３００を透過したＸ線が平面型検出器１１０に入射する。そして、平面型検出器１１０では、被写体３００を透過したＸ線を画像信号として検出する。
【００８４】
平面型検出器１１０で検出された画像信号は、読み出し手段１２０で１フレームの画像信号として読み出され、信号処理手段１５２へ出力される。信号処理手段１５２は、制御手段１４２による制御に基づき、関心領域における画像信号の出力と読み出し手段１２０の増幅率から当該関心領域におけるＸ線量を算出し、これを制御手段１４２にＸ線量信号として出力する。
【００８５】
制御手段１４２では、信号処理手段１５２からのＸ線量信号に基づき、不図示のルックアップテーブルや演算手段などを用いて、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件の制御によるＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定し、制御を行う。
【００８６】
上述した以外の駆動方法については、第１実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００８７】
なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、操作入力手段１８０を設けており、当該操作入力手段１８０から撮影者が要求するＳＮ比（すなわち要求画質）を設定できるように構成されている。この場合、制御手段１４２は、信号処理手段１５２からのＸ線量信号と、操作入力手段１８０からの要求ＳＮ比（要求画質）に係る情報に基づいて、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件の制御によるＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定し、制御を行う。
【００８８】
第２の実施形態に係るＸ線撮像装置によれば、第１の実施形態における効果に加えて、更に、Ｘ線撮像装置の装置構成の簡略化を図ることが可能となる。
【００８９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
第３の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）については、図４に示す第１の実施形態に係るＸ線撮像システム、或いは、図８に示す第２の実施形態に係るＸ線撮像システムと同様の構成を採る。
【００９０】
図９は、第３の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）の駆動方法を示すフローチャートである。第３の実施形態では、被写体３００へのＸ線照射に先駆けて、撮影者が関心領域と要求ＳＮ比（すなわち要求画質）を予め操作入力手段１８０を介して入力し、設定を行うものである。なお、図９に示すフローチャートにおける処理は、例えば、制御手段１４０（制御手段１４２）の制御に基づき行われる。
【００９１】
撮影処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１では、撮影者が操作入力手段１８０を介して入力した、心臓や特定の血管など関心領域の設定処理を行う（関心領域設定手段）。
【００９２】
図１０は、ステップＳ１０１における関心領域の設定方法を示す模式図である。この関心領域の設定方法については、例えば、図１０に示す表示画面を表示手段１６０に表示し、操作入力手段１８０から関心領域の選択及び決定の入力を行うことでなされる。
【００９３】
図１０（ａ）は、線量モニタ１３０を用いる第１の実施形態に係るＸ線撮像装置１００の場合を示している。この場合、撮影者が複数のＸ線量モニタ群（ｍ１１〜ｍ４４）の中から、関心領域に相当するＸ線量モニタ（ｍ２３及びｍ３３）を選択することになる。一方、図１０（ｂ）は、平面型検出器１１０の撮像領域を指定する第２の実施形態に係るＸ線撮像装置１０２の場合を示している。この場合、撮影者が複数の検出領域（Area１１〜Area４４）の中から、関心領域に相当する検出領域（Area２３〜Area３３）を選択することになる。
【００９４】
続いて、ステップＳ１０２では、撮影者が操作入力手段１８０を介して入力した要求ＳＮ比（すなわち要求画質）の設定処理を行う。なお、本発明におけるＳＮ比設定手段は、本実施形態においては操作入力手段１８０に相当するが、本発明においてはこれに限定されるものではない。この際の設定方法としては、例えば、モード１：ＳＮ比１０、モード２：ＳＮ比１００のようにモードを選択する形態でもよい。また、例えば、心臓部：ＳＮ比１０、四肢：ＳＮ比１００のような撮影箇所や、或いは透視フレームレートと連動するように設定する形態でもよい。
【００９５】
続いて、ステップＳ１０３では、初期条件、すなわち予め設定されたＸ線照射条件に基づくＸ線量と読み出し手段１２０の増幅率等の条件で１フレームの撮像処理を行う。
【００９６】
続いて、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で設定された関心領域に入射したＸ線のＸ線量を検出（算出）するモニタ処理を行う。
【００９７】
図１１は、ステップＳ１０４において、関心領域に入射したＸ線量の検出の際に用いる特性図である。ここで、図１１（ａ）には関心領域の設定を線量モニタ１３０を用いて行う第１の実施形態の場合の特性図を示し、図１１（ｂ）には関心領域の設定を平面型検出器１１０の撮像領域を指定して行う第２の実施形態の場合の特性図を示している。
【００９８】
第１の実施形態に係るＸ線撮像装置１００の場合は、図１１（ａ）に示す特性図を用いて、線量モニタ１３０で検出された関心領域のＸ線量に係る情報に基づいて、平面型検出器１１０の関心領域に入射したＸ線量を検出（算出）する。
【００９９】
一方、第２の実施形態に係るＸ線撮像装置１０２の場合は、図１１（ｂ）に示す特性図を用いて、関心領域における平面型検出器１１０の画像信号と予め設定されている読み出し手段１２０の増幅率に基づいて、関心領域に入射したＸ線量を検出（算出）する。
【０１００】
続いて、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２で設定された要求ＳＮ比（要求画質）に係る情報とステップＳ１０４で検出した関心領域におけるＸ線量から、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定する。また、決定したＸ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量から、更に、Ｘ線発生装置２００におけるＸ線照射条件を決定する。なお、ステップＳ１０５におけるＸ線発生装置２００から照射するＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率の決定方法は、後に詳細に説明する。
【０１０１】
続いて、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で決定した条件（Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件及び読み出し手段１２０の増幅率）を設定し、平面型検出器１１０を用いた撮像処理を行う。
【０１０２】
続いて、ステップＳ１０７では、撮影を継続するか否かを判断する。この判断は、例えば、撮影者から操作入力手段１８０を介して撮影を終了する旨の入力があったか否かに基づいて行われる。
【０１０３】
ステップＳ１０７の判断の結果、撮影を継続する場合にはステップＳ１０４に戻り、一方、撮影を継続しない（撮影を終了する）場合には当該フローチャートにおける処理を終了する。
【０１０４】
ここで、ステップＳ１０５におけるＸ線発生装置２００から照射するＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率の決定方法の具体例について説明する。
【０１０５】
図１２〜図１４は、ステップＳ１０５におけるＸ線発生装置２００から照射するＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率の決定方法の一例を示す模式図である。図１２〜図１４は、図３と同様に、固有のシステムノイズσｓが比較的大きい平面型検出器１１０への入射Ｘ線量とＸ線撮像装置全体のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）との関係を示している。図１２〜図１４では、一例として、読み出し手段１２０の増幅率（ゲイン）１の場合のＳＮ比を実線で示し、読み出し手段１２０の増幅率（ゲイン）１０の場合のＳＮ比を破線で示している。
【０１０６】
まず、図１２の場合について説明する。
図１２に示すＰは、ステップＳ１０２で設定された要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）であり、Ｑは、ステップＳ１０４で求められた関心領域のＸ線量である。図１２に示す場合は、読み出し手段１２０の増幅率（ゲイン）１乃至１０の範囲において、ステップＳ１０４で求められた関心領域のＸ線量Ｑが、ステップＳ１０２で設定された要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するＸ線量Ｑ'よりも小さい場合である。すなわち、要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するＸ線量Ｑ'が、システムノイズσｓに比べてＸ線量子ノイズσｑが支配的になるようなＸ線量が多い高Ｘ線量の領域に存在する場合である。
【０１０７】
この場合、要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するために、平面型検出器１１０への入射Ｘ線量がＱ'となるように、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量を決定し、その後、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件を決定する。すなわち、図１２に示す場合には、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量を増加させる方向に制御することになる。このとき、読み出し手段１２０の増幅率は、ＳＮ比に影響しないため、変更しないか、或いはダイナミックレンジを考慮して増幅率を１（すなわち低く）に決定する。
【０１０８】
次に、図１３の場合について説明する。
図１３に示す場合は、読み出し手段１２０の増幅率（ゲイン）１乃至１０うちの増幅率１０を基準とした際に、ステップＳ１０４で求められた関心領域のＸ線量Ｑが、ステップＳ１０２で設定された要求ＳＮ比Ｐを達成するＸ線量Ｑ'よりも大きい場合である。すなわち、要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するＸ線量Ｑ'が、ＳＮ比がＸ線量と読み出し手段１２０の増幅率のいずれにも依存する、Ｘ線量が比較的少ない領域に存在する場合である。
【０１０９】
この場合、要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するために、平面型検出器１１０への入射Ｘ線量がＱ'となるように、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量を決定し、その後、Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件を決定する。具体的に、平面型検出器１１０への入射Ｘ線量がＱ'となるように、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量を減少させると共に、読み出し手段１２０の増幅率を１０に決定する。
【０１１０】
次に、図１４の場合について説明する。
図１４に示す場合は、読み出し手段１２０の増幅率（ゲイン）１乃至１０うちの増幅率１０を基準とした際に、ステップＳ１０４で求められた関心領域のＸ線量と、ステップＳ１０２で設定された要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するＸ線量とが同等の場合である。すなわち、要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するＸ線量が、Ｘ線量子ノイズσｑに比べてシステムノイズσｓが支配的になるようなＸ線量が少ない低Ｘ線量の領域に存在する場合である。
【０１１１】
この場合、要求ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）Ｐを達成するために、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量を変更する必要はなく、読み出し手段１２０の増幅率のみを決定（増幅率を１０に決定）すればよい。
【０１１２】
ここでは、図１２〜図１４における特性図と要求ＳＮ比及び平面型検出器１１０への入射Ｘ線量から、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定したが、本実施形態においては、これに限定されない。例えば、図１２〜図１４に示す特性図の代わりにルックアップテーブルや数式による演算処理を用いるようにしてもよい。
【０１１３】
上述したように、第３の実施形態に係るＸ線撮像装置の駆動方法の特徴は、以下の点である。
【０１１４】
ステップＳ１０２で設定された要求ＳＮ比（要求画質）と、ステップＳ１０４で検出された関心領域のＸ線量に基づいて、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定し、次のＸ線透視撮影を実施する。
【０１１５】
なお、ステップＳ１０１で設定する関心領域のサイズは、変更して設定可能であり、また、関心領域は必ずしも連続している必要はなく複数箇所に分けて設定可能である。また、ステップＳ１０２で設定される要求ＳＮ比（要求画質）は、動画撮影の間に、不定期に変更可能とする形態であってもよい。また、ステップＳ１０４でモニタ処理されるＸ線量は、例えば、ステップＳ１０１で設定された関心領域のＸ線量に対して、平均、ピーク抽出、重み付けなど処理を行ってもよい。
【０１１６】
また、ステップＳ１０５について、本実施形態ではフレーム毎に実施して、決定した条件での撮影を行うようにしているが、例えば、複数フレームに１度の割合で行うようにしてもよい。特に、透視のフレームレートが高く、画像処理速度が不十分な場合や、Ｘ線発生装置２００の照射Ｘ線量のバラツキが大きい場合、被写体３００の動きの変化が少ない場合等では、複数フレームに１度、ステップＳ１０５の処理を実施すればよい。また、被写体３００の動きの変化を検出する検出器を設けて、被写体３００に変化が生じた場合に、ステップＳ１０５の処理を実施するようにしてもよい。
【０１１７】
また、本実施形態では、ステップＳ１０５で要求Ｓ／Ｎと関心領域のＸ線量から、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線量（Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件）及び読み出し手段１２０の増幅率を決定するようにしている。しかしながら、コントラストの高い画像の場合、読み出し手段１２０の増幅率を極端に高く設定すると、ＳＮ比は向上するが、ダイナミックレンジを超えた部分の画像信号が失われる懸念がある。このような場合には、ステップＳ１０５の処理において、読み出し手段１２０及び平面型検出器１１０のダイナミックレンジ特性を加味して、読み出し手段１２０の増幅率及びＸ線発生装置２００から照射するＸ線量を決定するようにする。
【０１１８】
第３の実施形態に係るＸ線撮像装置によれば、平面型検出器１１０に入射するＸ線（放射線）量の如何にかかわらず、十分な画質を有する出力画像を取得することができる。特に、医療診断や手術用の透視撮影を行うＸ線撮像装置において、被写体３００の被曝線量の低減と、十分な画質を有する出力画像の取得とを両立させることが可能となる。
【０１１９】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。第４の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）については、図４に示す第１の実施形態に係るＸ線撮像システム、或いは、図８に示す第２の実施形態に係るＸ線撮像システムと同様の構成を採る。
【０１２０】
図１５は、第４の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）の駆動方法を示すフローチャートである。ここで、第４の実施形態におけるＸ線撮像装置の駆動方法は、図９に示す第３の実施形態におけるＸ線撮像装置の駆動方法と、以下の点が異なっている。
【０１２１】
まず、被写体３００に弱いＸ線２０１を照射して撮影するプリ撮影を実施する。そして、この際、平面型検出器１１０から得られた画像信号を用いて、（１）画質を確保すべき関心領域の決定、（２）要求ＳＮ比の決定、（３）平面型検出器１１０への入射Ｘ線量のモニタの少なくともいずれか１つを行う。以下に、その一例を示す図１５の説明を行う。
【０１２２】
撮影処理が開始されると、まず、ステップＳ２０１では、初期条件、すなわち予め設定されたＸ線照射条件に基づくＸ線量と読み出し手段１２０の増幅率等の条件で上述したプリ撮影を行い、１フレームの撮像処理を行う。
【０１２３】
続いて、ステップＳ２０２では、心臓や特定の血管など、画質を確保すべき関心領域の設定処理を行う（関心領域設定手段）。この際、ステップＳ２０１で得られた画像信号を用いて当該関心領域を自動で設定するようにしてもよいし、或いは、撮影者が操作入力手段１８０を介して入力した領域を関心領域として設定してもよい。
【０１２４】
図１６は、撮影者による関心領域の設定方法を示す模式図である。
図１６（ａ）は、ステップＳ２０１で得られた画像信号に基づく画像が表示手段１６０に表示されており、操作入力手段１８０から撮影者による関心領域の選択及び決定の入力がなされて、関心領域の設定が行われたことを示している。図１６（ｂ）は、表示手段１６０の表示画面を拡大したものである。
【０１２５】
続いて、ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で設定した関心領域に必要な要求ＳＮ比（すなわち要求画質）の設定処理を行う（ＳＮ比設定手段）。この際、ステップＳ２０２で設定された関心領域に応じて自動で設定するようにしてもよいし、或いは、撮影者が表示手段１６０の表示画像を参照して操作入力手段１８０を介して入力した要求ＳＮ比（すなわち要求画質）に基づいて設定するようにしてもよい。
【０１２６】
ここで、要求ＳＮ比（すなわち要求画質）の設定を自動で設定する場合には、例えば、心臓部：ＳＮ比１０、四肢：ＳＮ比１００のように、予め関心領域に対応して要求ＳＮ比を設定しておき、設定された関心領域に応じて要求ＳＮ比を決定し設定を行う。
【０１２７】
続いて、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２で設定された関心領域に入射したＸ線のＸ線量を検出（算出）するモニタ処理を行う。この際、ステップＳ２０２で関心領域が設定された時点で、自動的に当該関心領域のＸ線量を検出するモニタ処理が行われるようにしてもよい。
【０１２８】
続いて、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０３で設定された要求ＳＮ比（要求画質）に係る情報とステップＳ２０４で検出した関心領域におけるＸ線量から、Ｘ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量及び読み出し手段１２０の増幅率を決定する。また、決定したＸ線発生装置２００から照射するＸ線２０１のＸ線量から、更に、Ｘ線発生装置２００におけるＸ線照射条件を決定する。この際の処理は、第３の実施形態の図９のステップＳ１０５における処理と同様である。
【０１２９】
続いて、ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で決定した条件（Ｘ線発生装置２００のＸ線照射条件及び読み出し手段１２０の増幅率）を設定し、平面型検出器１１０を用いた撮像処理を行う。
【０１３０】
続いて、ステップＳ２０７では、撮影を継続するか否かを判断する。この判断は、例えば、撮影者から操作入力手段１８０を介して撮影を終了する旨の入力があったか否かに基づいて行われる。
【０１３１】
ステップＳ２０７の判断の結果、撮影を継続する場合にはステップＳ２０４に戻り、一方、撮影を継続しない（撮影を終了する）場合には当該フローチャートにおける処理を終了する。
【０１３２】
第４の実施形態に係るＸ線撮像装置によれば、プリ撮影で得られた画像信号の情報から、関心領域の設定や要求ＳＮ比の設定を自動で行うことで、第３の実施形態（第１の実施形態）における効果に加えて、更に、撮影者の操作負担を軽減させることが可能となる。
【０１３３】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１７は、第５の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。図１７において、第２の実施形態に係る図８と同様の構成については、同様の符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【０１３４】
第５の実施形態では、図８に示す第２の実施形態に係るＸ線撮像システムに対して、制御手段１４５が、読み出し手段１２０の増幅率及びＸ線発生装置２００のＸ線量（Ｘ線照射条件）に加えて、更に平面型検出器１１０のセンサバイアスＶｓを制御する。具体的に、制御手段１４５は、平面型検出器１１０に入射するＸ線量が少ない低Ｘ線量の領域において、読み出し手段１２０の増幅率を変更する変更制御に加えて（或いは替えて）、平面型検出器１１０の増幅率を変更する変更制御を行う。
【０１３５】
図１８は、第５の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）１０５において、平面型検出器１１０及び読み出し手段１２０の内部の詳細な回路構成の一例を示す模式図である。図１８において、図５と同様の構成については、同様の符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【０１３６】
具体的に、図１８に示すように、制御手段１４５は、バイアス（Ｖｓ）電源１１３のセンサバイアスの電位（電圧）を制御可能となっている。すなわち、制御手段１４５は、バイアス（Ｖｓ）電源１１３のセンサバイアスの電位（電圧）を制御することにより、平面型検出器１１０の増幅率を変更する変更制御が可能となっている。
【０１３７】
図１９は、平面型検出器１１０の感度とセンサバイアス（Ｖｓ）との関係を示す特性図である。
【０１３８】
図１９に示すように、平面型検出器１１０の感度は、センサバイアス（Ｖｓ）に依存することがわかる。言い換えれば、平面型検出器１１０の増幅率を示すゲインは、センサバイアス（Ｖｓ）に依存し、これは、読み出し手段１２０の帰還容量（積分容量）Ｃｆ及び可変ゲイン増幅器１２１のゲインを変更することと同様の効果を生む。この際、制御するセンサバイアス（Ｖｓ）は、複数の電源をスイッチなどで切り替える形態であっても、また、電位（電圧）を連続的に制御可能な１つの電源を用いる形態であってもよい。
【０１３９】
特に、図１２（図１３）のように制御手段１４５が、センサバイアス（Ｖｓ）の制御に加えて、読み出し手段１２０の帰還容量Ｃｆ及び可変ゲイン増幅器１２１のゲインを制御可能であることは、読み出し手段１２０の増幅率をより高精度に行う上でより好ましい。
【０１４０】
また、図１９に示す平面型検出器の感度のセンサバイアス依存性は、変換素子（Ｓ１１〜Ｓｍｎ）がアモルファスセレン、ガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅなどの直接型光電変換素子からなる場合に特に顕著である。このような場合に、センサバイアス（Ｖｓ）を変化させることにより、読み出し手段１２０の増幅率を制御することはより望ましい。
【０１４１】
第５の実施形態に係るＸ線撮像装置によれば、Ｘ線発生装置２００から放射される放射線量及び読み出し手段１２０の増幅率の制御に加えて、変換素子に印加されるバイアスの制御を更に行うようにした。これにより、第２の実施形態（第１の実施形態）における効果に加えて、更に、より高画質な出力画像を取得することが可能となる。
【０１４２】
前述した各実施形態に係るＸ線撮像装置の駆動方法を示した図９及び図１５の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
【０１４３】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体を用いることができる。また、この際の通信媒体としては、光ファイバ等の有線回線や無線回線などが挙げられる。
【０１４４】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより各実施形態に係るＸ線撮像装置の機能が実現されるものだけではない。そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して各実施形態に係るＸ線撮像装置の機能が実現される場合も含む。また、供給されたプログラムの処理の全て、或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて各実施形態に係るＸ線撮像装置の機能が実現される場合も、含まれる。
【０１４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明を説明するためのＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。
【図２】σｑ＞＞σｓの検出器を用いた場合の当該検出器への入射Ｘ線量とＸ線撮像装置全体のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）との関係を示す特性図である。
【図３】検出器に固有のシステムノイズσｓが比較的大きい検出器を用いた場合の当該検出器への入射Ｘ線量とＸ線撮像装置全体のＳＮ比（Ｓ／Ｎ）との関係を示す特性図である。
【図４】第１の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。
【図５】本発明に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）において、平面型検出器及び読み出し手段の内部の詳細な回路構成の一例を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図７】図２に示す画素の断面構造を示す模式図である。
【図８】第２の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。
【図９】第３の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）の駆動方法を示すフローチャートである。
【図１０】ステップＳ１０１における関心領域の設定方法を示す模式図である。
【図１１】ステップＳ１０４において、関心領域に入射したＸ線量の検出の際に用いる特性図である。
【図１２】ステップＳ１０５におけるＸ線発生装置から照射するＸ線量及び読み出し手段の増幅率の決定方法の一例を示す模式図である。
【図１３】ステップＳ１０５におけるＸ線発生装置から照射するＸ線量及び読み出し手段の増幅率の決定方法の一例を示す模式図である。
【図１４】ステップＳ１０５におけるＸ線発生装置から照射するＸ線量及び読み出し手段の増幅率の決定方法の一例を示す模式図である。
【図１５】第４の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）の駆動方法を示すフローチャートである。
【図１６】撮影者による関心領域の設定方法を示す模式図である。
【図１７】第５の実施形態に係るＸ線撮像システム（放射線撮像システム）の概略構成図である。
【図１８】第５の実施形態に係るＸ線撮像装置（放射線撮像装置）において、平面型検出器及び読み出し手段の内部の詳細な回路構成の一例を示す模式図である。
【図１９】平面型検出器の感度とセンサバイアス（Ｖｓ）との関係を示す特性図である。
【図２０】従来のＸ線撮像システムにおける概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１００  Ｘ線撮像装置（放射線撮像装置）
１１０  平面型検出器
１１１  センサアレー
１１１ａ  画素
１１２  駆動回路部
１１３  バイアス（Ｖｓ）電源
１２０  読み出し手段
１２１  可変ゲイン増幅器
１２２  Ａ／Ｄコンバータ
１２３  アナログマルチプレクサ
１３０  線量モニタ
１４０  制御手段
１５０  信号処理手段
１６０  表示手段
１７０  記憶手段
１８０  操作入力手段
２００  Ｘ線発生装置
２０１  Ｘ線
３００  被写体
Ｓ１１〜Ｓｍｎ  変換素子
Ｔ１１〜Ｔｍｎ  スイッチ素子
Ａ１〜Ａｎ  演算増幅器
Ｃｆ  帰還容量（積分容量）
ＣSH  サンプルホールド容量
ＳＷ１〜ＳＷ３  切替スイッチ
【図１】
2008212644.tif 000003
【図２】
2008212644.tif 000004
【図３】
2008212644.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008212644.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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