(57)【要約】【課題】低線量率と高線量率の双方の場合に好適な放射線画像の撮像が可能な放射線画像撮像装置を提供する。【解決手段】放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサ１１１が配列されてなるセンサアレイと、センサアレイの各センサ１１１毎に設けられ、各センサ１１１から出力されるパルス信号をそれぞれ計数するパルス数測定回路１１３と、センサアレイの各センサ１１１毎に設けられ、各センサ１１１から出力されるパルス信号をそれぞれ時間軸方向に積分する積分測定回路１１４と、積分測定回路１１４が動作しているときにパルス数測定回路１１３を停止させる切替え器１１２とを備え、計数型及び蓄積型の放射線画像撮像装置の双方の機能（長所）を兼ね備えている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサが配列されてなるセンサアレイと、
前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、各センサから出力されるパルス信号をそれぞれ計数するパルス数測定回路と、
前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、各センサから出力されるパルス信号をそれぞれ時間軸方向に積分する積分測定回路と、
前記積分測定回路が動作しているときに前記パルス数測定回路を停止させる手段と、
を備えたことを特徴とする放射線画像撮像装置。
【請求項２】
前記センサアレイに入射する放射線量子の少ない透視時に各パルス数測定回路の計数値に基づいて透視像を生成し、前記センサアレイに入射する放射線量子の多い撮影時に各積分測定回路の積分値に基づいて撮影像を生成する画像処理手段を有することを特徴とする請求項１の放射線画像撮像装置。
【請求項３】
放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサが配列されてなるセンサアレイと、
前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、各センサから出力されるパルス信号のうちの一定の基準波高以下の信号を切り捨てる信号選別回路と、
前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、前記信号選別回路によって選別された信号をそれぞれ時間軸方向に積分する積分測定回路と、
各積分測定回路の積分値に基づいて放射線画像を生成する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする放射線画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線画像撮像装置に係り、特にガンマ線やＸ線のような放射線による画像を高解像度で撮像する放射線画像撮像装置に放射線画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサが配列されてなるセンサアレイと、その各センサ毎に各センサ出力のパルス信号を計数するパルス数測定回路とを設けた計数型放射線画像撮像装置が知られている（例えば米国特許第６２４８９９０号）。
【０００３】
また、放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサが配列されてなるセンサアレイと、その各センサ毎に各センサ出力を時間軸方向に積分する積分測定回路とを設けた蓄積型放射線画像撮像装置が知られている（例えば米国特許第５８１２１９１号）。
【０００４】
計数型放射線画像撮像装置は、パルス検出の閾値を充分大きくすれば低信号レベルのセンサのリーク電流や熱雑音電流の影響を排除できるので、平均信号電流が低い低線量率の場合でも雑音の少ない画像信号の計測が可能である。
【０００５】
しかし、計数型放射線画像撮像装置は、センサで短時間に多くのパルスが発生した場合、パルスとパルスが重なってしまってパルス数を数え落とす現象（ピークパイルアップ）のため、高線量率の撮像ができない。従って、計数型放射線画像撮像装置は低線量率の撮像に適している。
【０００６】
一方、蓄積型放射線画像撮像装置は、パルスとパルスが重なってしまった場合でも、波高の時間積分を求めるので計測に悪影響はなく、高線量率でも撮像が可能である。
【０００７】
しかし、蓄積型放射線画像撮像装置は低線量率の場合の平均信号電流がセンサのリーク電流や熱雑音電流と同程度になってしまうため、低線量率では雑音の影響が多く画質が低下する。従って、蓄積型放射線画像撮像装置は高線量率の撮像に適している。
【０００８】
更に、計数型放射線画像撮像装置は、パルス検出の閾値を充分大きくすれば低信号レベルの散乱Ｘ線による信号成分を排除できるので、散乱線含有率の少ない画像信号計測が可能である。また、上記閾値を変更することで、エネルギ特性を変更することが出来、エネルギ差分法のような放射線画像の局所的なエネルギ特性の違いを画像化することも可能である。
【０００９】
しかし、計数型放射線画像撮像装置は、パルス数測定回路の中に波形整形回路、比較回路、１２ビット程度の計数回路などを含み回路規模が大きくなるため、センサ毎に必要な面積が大きくなるため、高解像力の撮像ができない。
【００１０】
一方、蓄積型放射線画像撮像装置は、積分器、サンプルホルダ、出力ゲートのような比較的単純なアナログ回路のみで構成され回路規模が小さく、センサ毎に必要な面積が小さいので、高解像力の検出器を構成できる。
【００１１】
しかし、蓄積型放射線画像撮像装置は、パルスの選別機能がないので、エネルギ特性を利用した散乱線の除去やエネルギ差分法のような放射線画像の局所的なエネルギ特性の違いを画像化することができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、低線量率と高線量率の双方の場合に好適な放射線画像撮像装置が得られない。
【００１３】
例えば、医用Ｘ線撮像の場合、撮影時は、高品質の診断用画像を体動の影響を除いて得るために高線量率のＸ線が照射される。
【００１４】
一方、透視時は、位置決めやカテーテル操作のような長時間の動画観察が必要なため、患者や術者への被曝を考慮して低線量率のＸ線が照射される。
【００１５】
透視と撮影は一つの検査の中で引き続いて行なわれるため、透視と撮影の双方に好適な放射線画像撮像装置が求められている。
【００１６】
また、従来技術では、医用Ｘ線画像のように散乱線を多く含み、かつ高解像力の放射線画像の撮像に好適な蓄積型の放射線画像撮像装置が得られない。
【００１７】
本発明の目的は、低線量率と高線量率の双方の場合に好適な放射線画像の撮像が可能な放射線画像撮像装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、散乱線を多く含む場合でも散乱線含有率の低い高解像度の放射線画像を得ることができ、また、患者の部位などＸ線を吸収する吸収体の違いによる放射線画像の局所的なエネルギ特性の違いを画像化することも可能な蓄積型の放射線画像撮像装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る放射線画像撮像装置は、放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサが配列されてなるセンサアレイと、前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、各センサから出力されるパルス信号をそれぞれ計数するパルス数測定回路と、前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、各センサから出力されるパルス信号をそれぞれ時間軸方向に積分する積分測定回路と、前記積分測定回路が動作しているときに前記パルス数測定回路を停止させる手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２０】
即ち、本発明に係る放射線画像撮像装置は、計数型放射線画像撮像装置として機能するためのパルス計数測定回路と、蓄積型放射線画像撮像装置として機能するための積分測定回路とを備え、計数型放射線画像撮像装置と蓄積型放射線画像撮像装置の双方の機能を有し、これにより低線量率と高線量率の双方の場合に好適な放射線画像の撮像ができるようにしている。
【００２１】
また、前記積分測定回路が動作しているときにパルス数測定回路を停止させることにより、パルス計測測定回路の動作によるスパイク状の雑音の発生を防止し、前記積分測定回路におけるアナログ回路系への悪影響を防止している。
【００２２】
請求項２に示すように、前記センサアレイに入射する放射線量子の少ない透視時に各パルス数測定回路の計数値に基づいて透視像を生成し、前記センサアレイに入射する放射線量子の多い撮影時に各積分測定回路の積分値に基づいて撮影像を生成する画像処理手段を有することを特徴としている。即ち、透視時と撮影時（低線量率と高線量率）の双方で、それぞれ好適な放射線画像の撮像ができるようにしている。
【００２３】
請求項３に係る放射線画像撮像装置は、放射線量子の入射によりパルス信号を出力する放射線センサが配列されてなるセンサアレイと、前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、各センサから出力されるパルス信号のうちの一定の基準波高以下の信号を切り捨てる信号選別回路と、前記センサアレイの各センサ毎に設けられ、前記信号選別回路によって選別された信号をそれぞれ時間軸方向に積分する積分測定回路と、各積分測定回路の積分値に基づいて放射線画像を生成する画像処理手段と、を備えたことを特徴としている。
【００２４】
上記放射線画像撮像装置は、蓄積型の放射線画像撮像装置であるが、積分測定回路の前段で、センサアレイの各センサから出力されるパルス信号のうちの一定の基準波高以下の信号を切り捨て、これにより散乱線などの雑音を除去したパルス信号の積分ができるようにしている。また、前記基準波高のレベルを適宜変更することで、吸収体の違いによる放射線画像の局所的なエネルギ特性の違いを画像化することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る放射線画像撮像装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２６】
図１は本発明に係る放射線画像撮像装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００２７】
この放射線画像撮像装置は、主として検出器１と画像処理装置２とからなる。検出器１は、画像処理装置２からコマンド２０に従って透視、撮影の動作モードによって医用Ｘ線撮像を行い、撮像されたデジタル画像データ信号１０を画像処理装置２に出力する。画像処理装置２は、デジタル画像データ信号１０にデジタル画像処理を行い、処理後の信号を図示しないモニタ及びプリンタに出力することによって医用Ｘ線画像の表示及びハードコピーを行う。
【００２８】
検出器１には、画素１１がマトリックス状に配列されている。各々の画素１１にはＸ線を検出するセンサ１１１が含まれ、センサ１１１の全体でＸ線画像を検出するセンサアレイとなっている。
【００２９】
画素１１によるＸ線画像の読出しは、画像処理装置２からコマンド２０を受けて動作する読出し制御回路１２によって制御される。
【００３０】
この放射線画像撮像装置の特徴は、透視又は撮影の動作モードによって、画素１１におけるＸ線計測を、透視の場合にパルス数測定に切り替え、撮影の場合にパルス積分測定に切り替えることにあり、そのために読出し制御回路１２は透視（Ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｙ）と撮影（Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）でＲＦ切替え信号１２０１を切り替える。
【００３１】
図２に上記放射線画像撮像装置における画素１１の詳細な構成を示す。
【００３２】
センサ１１１にＸ線光子が入射すると、光電効果によって複数の電荷が発生する。発生した電荷は、ＲＦ切替え信号１２０１によって切り替えられる切替え器１１２によりパルス数測定回路１１３又は積分測定回路１１４に導かれる。
【００３３】
なお、切替え器１１２には読出し制御回路１２からのロード・リセット信号１２０２も入力されており、ロード・リセット信号１２０２がＯＮの場合（即ち、透視時のフレームとフレームの間や撮影時のＸ線が照射されていない場合）には、パルス数測定回路１１３にも積分測定回路１１４にも電荷が入力されないようになっている。
【００３４】
透視の場合には、ＲＦ切替え信号１２０１によってパルス数測定回路１１３への入力が選択され、動画を構成する各フレームのフレーム繰り返し時間（３０ミリ秒程度）の間、パルス数の計算が行われる。１個のＸ線光子で発生した複数の電荷の数により各種の波高の電流パルスが生じる。パルスの波高は、入射したＸ線光子のエネルギーに関係する。パルス数測定回路１１３は、一定の波高以上のパルスのみを計数するような閾値回路を内蔵しており、これを通すことにより、純粋な信号Ｘ線光子によるパルスのみをカウントするようになっている。
【００３５】
１フレームが終了すると、読出し制御回路１２はロード・リセット信号１２０２を出力する。パルス数測定回路１１３は、ロード・リセット信号１２０２の前縁で計数値（１２ビット）をシフトレジスタ１１５にロードし、ロード・リセット信号１２０２の後縁で計数値をリセットして次のフレームのパルス数計測に備える。
【００３６】
次のフレームが始まると、パルス数測定回路１１３は再びパルス数の計数を行い、シフトレジスタ１１５は前フレームの計数値（１２ビット）をデジタル画像データ信号１０として下方にシフトする。即ち、シフトレジスタ１１５は、シリアルデジタルデータ線１１０１によって列方向に連結され（１２×（画像マトリックスの行数））ビットの垂直シフトレジスタを構成し、読出し制御回路１２からの１２発の垂直シフトレジスタ駆動信号１２０３によって計数値のビットを下方にシフトし、シリアルデジタルデータ線１１０１を伝わって１２ビット並列シフトレジスタ１３（図１）に入力させる。
【００３７】
このようにして１行分の計数値が１２ビット並列シフトレジスタ１３に揃うと、読出し制御回路１２からの（画素マトリックスの列数）発の水平シフトレジスタ駆動信号１２０４によって、１行分の各画素の計数値が１２ビット並列シフトレジスタ１３から順次読み出され、ＲＦ切替え信号１２０１によって切り替えられる選択器１４を通じて、デジタル画像データ信号１０として画像処理装置２に伝えられる。
【００３８】
１行分の読出しが終わると、再び読出し制御回路１２から１２発の垂直シフトレジスタ駆動信号１２０３と、（画素マトリックスの列数）発の水平シフトレジスタ駆動信号１２０４が出力され、これらの駆動信号によって次の行の計数値が読み出される。これを繰り返すことにより、フレーム繰り返し時間（３０ミリ秒程度）の間に前のフレームの計数値（１２ビット）がデジタル画像データ信号１０として読み出される。
【００３９】
一方、撮影の場合には、積分測定回路１１４にセンサ出力が加えられるようにＲＦ切替え信号１２０１によって切替え器１１２が切り替えられる。そして、Ｘ線の露光が始まる直前に読出し制御回路１２はロード・リセット信号１２０２をＯＦＦにし、Ｘ線光子によって発生した信号電荷が積分測定回路１１４に入力できるようにする。また、積分測定回路１１４内の信号電荷蓄積用コンデンサはロード・リセット信号１２０２の後縁でリセットされ、新しい信号電荷の蓄積に備える。
【００４０】
Ｘ線の露光によって発生した電荷は、積分測定回路１１４内の信号電荷蓄積用コンデンサに蓄積される。この場合、単一画素へのＸ線光子の入射が連続して起こり、信号電荷による電流パルスが重なり合ってしまうような場合でも、信号電荷は信号電荷蓄積用コンデンサに蓄えられ、パルスの時間積分を求める測定に悪影響はない。しかし、積分測定回路１１４には信号電荷のほかにセンサ１１１のリーク電流や熱雑音電流による電荷も入力し、それらと信号電荷が区別できないので、低線量率では雑音の影響を受けやすい。
【００４１】
Ｘ線露光が終了すると、読出し制御回路１２はロード・リセット信号１２０２をＯＮにし、露光後にセンサ１１１で発生したリーク電流による電荷などが積分測定回路１１４に入力できないようにする。但し、積分測定回路１１４内の信号電荷蓄積用コンデンサには露光時に蓄積した信号電荷が保存されており、この蓄積した信号電荷は、次の露光の直前にロード・リセット信号１２０２がＯＦＦになり、信号電荷蓄積用コンデンサがリセットされるまで蓄えられている。
【００４２】
次に、読出し制御回路１２は、Ｘアドレス切替え信号１２０５、Ｙアドレス切替え信号１２０６でＸアドレス信号発生器１５、Ｙアドレス信号発生器１６を切り替え、ＯＮになるＸアドレス信号１５０１、Ｙアドレス信号１６０１を切り替えて順次画素１１を指定し、指定した画素１１の、積分測定回路１１４内の信号電荷蓄積用コンデンサに蓄積された信号電荷量を電圧信号としてアナログ読出しデータ線１１０２を通じて読み出す。
【００４３】
ここで、Ｘアドレス信号発生器１５、Ｙアドレス信号発生器１６は一種のリングレジスタであり、Ｘアドレス切替え信号１２０５、Ｙアドレス切替え信号１２０６によりＯＮになるＸアドレス信号１５０１、Ｙアドレス信号１６０１が左から右、上から下にシフトすることによりラスタ走査的な順次アドレス指定が行なわれる。
【００４４】
積分測定回路１１４から読み出された電圧信号はアンプ１７を介してＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１８に入力し、読出し制御回路１２からアドレスの切替えに同期して出力されるＡＤＣタイミング信号１２０７でアドレス切替えに伴う過渡的雑音を除いたタイミングを選んでアナログデジタル変換され、ＲＦ切替え信号１２０１によって切り替えられる選択器１４を通じて、デジタル画像データ信号１０として画像処理装置２に伝えられる。
【００４５】
ここで、アンプ１７は画素マトリックスの行数分あるが、Ｙアドレス信号１４０１により、その時読み出している画素１１の出力を伝えるアンプ１７のみが出力できるように構成されている。
【００４６】
また、この実施の形態では、撮影が選択されている場合、ＲＦ切替え信号１２０１によってパルス数測定側の機能は全て停止するように構成されている。即ち、切替え器１１２でパルス数測定回路１１３への入力がブロックされるのでパルス数測定回路１１３が停止する。また、ゲート１９によって垂直レジスタ駆動信号１２０３、水平シフトレジスタ駆動信号１２０４がブロックされるので、各画素のシフトレジスタ１１５とそれを連結するシリアルデジタルデータ線１１０１、１２ビット並列シフトレジスタ１３が停止する。こうすることで、パルス数測定側に含まれる閾値回路、計数器、各種シフトレジスタ等の動作で生じやすいスパイク状の雑音が撮影時に使われる積分測定側のアナログ回路系へ悪影響を及ぼすことを防止している。
【００４７】
図３は本発明に係る放射線画像撮像装置の第２の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００４８】
この放射線画像撮像装置は、主として検出器１’と画像処理装置２’とからなる。検出器１’は、画像処理装置２’からコマンド２０に従って医用Ｘ線撮像を行い、撮像されたデジタル画像データ信号１０を画像処理装置２’に出力する。画像処理装置２’は、デジタル画像データ信号１０にデジタル画像処理を行い、処理後の信号を図示しないモニタ及びプリンタに出力することによって医用Ｘ線画像の表示及びハードコピーを行う。
【００４９】
検出器１’には、画素１１０がマトリックス状に配列されている。各々の画素１１０にはＸ線を検出するセンサ１１１が含まれ、センサ１１１の全体でＸ線画像を検出するセンサアレイとなっている。
【００５０】
画素１１０によるＸ線画像の読出しはコマンド２０を受けて動作する読出し制御回路１２’によって制御される。
【００５１】
この放射線画像撮像装置の特徴は、画素１１０ごとのパルス積分測定回路において、積分の前に一定の基準波高以下の信号を切り捨てる信号選別回路１１３０（図２）を設けたことにある。信号選別回路１１３０での選別のため制御回路１２は基準電圧信号１２０８を出力する。
【００５２】
図４に上記放射線画像撮像装置における画素１１０の詳細な構成を示す。
【００５３】
センサ１１１にＸ線光子が入射すると、光電効果によって複数の電荷が発生する。発生した電荷により生じる電流パルスは電流電圧変換器１１２０で電圧パルスに変換され、減算器１１３１と半波整流器１１３２よりなる信号選別回路１１３０に入力する。電圧パルスから基準電圧信号１２０８を減算し、半波整流することにより基準電圧信号１２０８以下の波高のパルスが切り捨てられる。パルスの波高はＸ線光子のエネルギに依存するので、基準電圧を選ぶことによって一定のエネルギ以下の信号を切り捨てることとなる。
【００５４】
信号選別回路１１３０の出力は、積分器１１４０によりＸ線露光が行なわれている間積分される。即ち、積分器１１４０には、読出し制御回路１２’で制御され、Ｘ線露光の間ＯＦＦされるリセット信号１２０２が入力しており、これによりＸ線露光時以外は積分信号を０にリセットしておくことにより、積分値に対する暗部ノイズ等の影響を少なくしている。
【００５５】
積分器１１４０の出力はサンプルホルダ１１５０に接続され、サンプルホルダ１１５０は、リセット信号の立ち上がりで積分器１１４０の出力を保存することによって、信号選別回路１１３０で選別された信号のＸ線露光の間の積分された信号を、次のＸ線露光が終了するまでの間保持する。
【００５６】
次に、読出し制御回路１２’は、Ｘアドレス切替え信号１２０３とアドレス切替え信号１２０４とでＸアドレス信号発生器１３、Ｙアドレス信号発生器１４を切り替え、ＯＮになるＸアドレス信号１３０１、Ｙアドレス信号１４０１を切り替えて順次画素１１０を指定し、指定した画素１１０のサンプルホルダ１１５０に保持されている信号を、Ｘアドレス信号１３０１とＹアドレス信号１４０１の両者がＯＮのときのみ信号を伝達する出力ゲート１１６０を介して読出し信号線１１０１を通じて読み出す。
【００５７】
ここで、Ｘアドレス信号発生器１３、Ｙアドレス信号発生器１４は一種のリングレジスタであり、Ｘアドレス切替え信号１２０３、Ｙアドレス切替え信号１２０４によりＯＮになるＸアドレス信号１３０１、Ｙアドレス信号１４０１が左から右、上から下にシフトすることによりラスタ走査的な順次アドレス指定が行なわれる。
【００５８】
画素１１０から読み出された電圧信号は、アンプ１５０を介してＡＤＣ１６に入力し、読出し制御回路１２’からアドレスの切替えに同期して出力されるＡＤＣタイミング信号１２０５でアドレス切替えに伴う過渡的雑音を除いたタイミングを選んでアナログデジタル変換され、デジタル画像データ信号１０として画像処理装置２’に伝えられる。
【００５９】
ここで、アンプ１５０は画素マトリックスの行数分あるが、Ｙアドレス信号１４０１により、その時読み出している画素１１０の出力を伝えるアンプ１５０のみが出力できるように構成されている。
【００６０】
この実施の形態では、基準電圧信号１２０８がコマンド２０によって切替え可能になっており、基準電圧信号１２０８を変えることによって検出器１’のエネルギ特性を変更し、エネルギ差分法のような放射線画像だけでなく、吸収体の違いによる放射線画像の局所的なエネルギ特性の違いを画像化することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、１つの装置内に計数型放射線画像撮像装置として機能するためのパルス計数測定回路と、蓄積型放射線画像撮像装置として機能するための積分測定回路とを設けるようにしたため、計数型及び蓄積型の放射線画像撮像装置の双方の機能を有し、これにより低線量率と高線量率の双方の場合に好適な放射線画像の撮像ができる。
【００６２】
また、本発明の他の態様によれば、蓄積型の放射線画像撮像装置において、積分測定回路の前段で、センサアレイの各センサから出力されるパルス信号のうちの一定の基準波高以下の信号を切り捨てるようにしたため、散乱線などの雑音を除去したパルス信号の積分ができ、散乱線を多く含む場合でも散乱線含有率の低い高解像度の放射線画像を得ることができる。また、基準波高を適宜変更することで、吸収体の違いによる放射線画像の局所的なエネルギ特性の違いを画像化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線画像撮像装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図２】図１の放射線画像撮像装置における画素の詳細な構成を示すブロック図
【図３】本発明に係る放射線画像撮像装置の第２の実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図４】図３の放射線画像撮像装置における画素の詳細な構成を示すブロック図
【符号の説明】
１、１’…検出器、２、２’…画像処理装置、１１、１１０…画素、１２…読出し制御回路、１９…ゲート、１１１…センサ、１１２…切替え器、１１３…パルス数測定回路、１１４…積分測定回路、１１２０…電流電圧変換器、１１３０…信号選別回路、１１３１…減算器、１１３２…半波整流器、１１４０…積分器、１１５０…サンプルホルダ、１１６０…出力ゲート、１２０１…ＲＦ切替え信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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