JP2011062530A - 放射線撮像装置及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線源と放射線撮像装置側との間に配線を設けなくて済むような放射線撮像装置及びシステムを提供する。
【解決手段】放射線源１０１から出射された放射線を電気信号に変換する変換手段と変換された電気信号を蓄積する蓄積手段と蓄積されている電気信号を読み出す読み出し手段とを有する固体撮像装置１３０と、放射線源１０１の放射線の出射の開始及び終了を検出する放射線検出素子１５０と、放射線検出素子１５０の検出結果に応じて蓄積手段又は読み出し手段を駆動する駆動回路を制御する制御手段１７０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置及びシステムに関し、特に、医療用の診断や工業用の非破壊検査に用いられる放射線撮像装置及びシステムに関する。なお、本明細書では、Ｘ線、α線、β線、γ線などの電磁波も放射線に含めるものとして説明する。

従来、病院内に設置などされているＸ線撮影システムは、患者にＸ線を照射させ、患者を透過したＸ線をフイルムに露光するアナログ方式と、患者を透過したＸ線を電気信号に変換して蓄積などするディジタル方式とがある。

図１６は、従来のアナログ方式のＸ線撮影システムの模式的な構成を示すブロック図である。図１６において、１０１はＸ線を出射するＸ線源、１０４はＸ線源１０１から出射するＸ線を発生させるＸ線発生装置、１０５は通常放射線技師により開閉が操作されるＸ線の出射を制御するスイッチ、１２０は患者などの検出体１０２のＸ線情報を記録するフイルム、１０３は検出体１０２を透過したＸ線を可視光などの光に変換する蛍光体である。

フイルム１２０は、Ｘ線波長領域に感度を有さないため、フイルム方式では、フイルム１２０と検出体１０２との間に蛍光体１０３を配置している。フイルム１２０は蛍光体１０３で変換された可視光等の強度を感知することによって検出体１０２のＸ線情報として画像を形成する。

蛍光体１０３はフイルム１２０でのＸ線画像の先鋭度を低下させないために、接着剤などによってフイルム１２０と密着させた状態で接着している。蛍光体１０３はフイルム１２０の前後に２枚配置させ、良質なＸ線画像を得るための工夫がなされている。

図１７は、従来のディジタル方式のＸ線撮影システムの模式的な構成を示すブロック図である。図１７に示すＸ線撮像システムは、図１６のフイルム１２０に代えて検出体１０２を透過したＸ線を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などを備えた固体撮像装置１３０を設け、さらにスイッチ１０５の開閉に従って送信される制御信号に応じて固体撮像装置１３０の駆動を制御する制御部１４０を設けている。なお、図１７において、図１６で示した部分と同様の部分には、同一符号を付している。

図１７に示すＸ線撮像システムは、放射線技師がスイッチ１０５を無作為に閉じられた場合には、固体撮像装置１３０の駆動の開始とＸ線の出射とのタイミングが図れるように、Ｘ線発生装置１０４から制御部１４０に対して、同期をとるように制御信号が送信されている。

しかし、アナログ方式のＸ線撮像システムは、患者のＸ線情報を医師等が診察に用いる場合には、フィルム内の患者のＸ線情報を現像する必要があり、放射線技師の撮影から医師の診察までに現像時間を必要とする。また、面倒な現像廃液の処理や、フイルムの保管するためのスペースの確保を強いられる。

一方、ディジタル方式のＸ線撮像システムは、Ｘ線発生装置１０４から制御部１４０に対して、同期をとるように制御信号を送信するため、これらを配線で接続していた。これは、特に固体撮像装置をフイルムカセッテのような軽量薄型の撮像装置として使用する場合、撮影の際に、その配線が邪魔になり、持ち運びが容易ではなく、撮影効率を悪くする場合があった。

また、Ｘ線発生装置のメーカと固体撮像装置のメーカとが異なる場合には、制御信号の送受信を可能とするために、インターフェース回路の用意が必要な場合があった。さらに、病院への設置後において、たとえば使用していたＸ線源を他のメーカのものに故障などにより変更する場合には、新たなＸ線源とで制御信号の送受信を可能とするためのインターフェースが必要となり面倒であった。

また、救急医療分野において、将来的に、たとえば救急車内などのようにスペースが限られていたり、医師等が出張先でも患者のＸ線情報を取得できるようにするためには、持ち運び可能であって軽量薄型のカセッテが便利であると考えられる。この際、極力電気配線を用いないＸ線撮像システムが要望されると思われる。

そこで、本発明は、放射線源と放射線撮像装置側との間に配線を設けなくて済むような放射線撮像装置及びシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線撮像装置は、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子によって変換された電気信号を読み出す読み出し素子と、をそれぞれ含む複数の画素が２次元に配列された変換回路部と、行単位で複数の前記読み出し素子を順次駆動するための駆動回路と、前記放射線の出射の開始及び終了を検出する検出素子と、前記検出素子の検出結果に応じて前記駆動回路を制御する制御手段と、を備える放射線撮像装置において、前記駆動回路は、第１の動作と、前記第１の動作の後に前記変換素子により放射線を電気信号に変換し蓄積するための第２の動作と、前記蓄積された電気信号を前記読み出し素子により読み出すための第３の動作と、を前記変換回路部に行わせ、前記第１の動作は、前記第３の動作を安定させるための動作であって且つ繰り返し行われる動作であり、前記制御手段は、前記検出素子によって放射線の出射の開始が検出されたとき、前記第１の動作から前記第２の動作に遷移するように前記駆動回路を制御し、且つ前記検出素子によって放射線の出射の終了が検出されたとき、前記第２の動作から前記第３の動作に遷移するように前記駆動回路を制御し、前記第１の動作及び前記第３の動作は、行単位で複数の前記画素の前記読み出し素子を順次駆動するものであり、前記第１の動作のための期間をｔａ、前記第３の動作のための期間をｔｆとすると、ｔｆ≧ｔａとされている。

また、本発明の放射線撮像システムは、上記放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置に放射線を出射する放射線源とを備える。

以上説明したように、本発明は、放射線源の放射線の出射の開始及び終了の検出に応じて、電気信号を蓄積したり、蓄積している電気信号を読み出すので、放射線源側から制御信号の送信がなくても、放射線撮像装置の動作を制御することが可能となり、放射線源と放射線撮像装置側との間に配線を設けなくて済むようになる。

これにより、インターフェース回路を用意することなく放射線発生装置のメーカ、機種を問わず患者のＸ線撮影が可能となったり、放射線撮像装置の持ち運びが容易になる。

本発明の実施形態１を示すＸ線撮像システムの概念図である。 図１の固体撮像装置及びその周辺の回路図である。 図２に示す固体撮像装置の動作を示すタイムチャートである。 図２のシフトレジスタ（ＳＲ１）の回路図である。 図４のシフトレジスタ（ＳＲ１）の動作を示すタイムチャートである。 図２の各光電変換素子においてシフトレジスタ（ＳＲ１）がＮ段ある場合の「本読み動作」のタイムチャートである。 図２の各光電変換素子においてシフトレジスタ（ＳＲ１）がＮ段ある場合の「空読み期間」のタイムチャートである。 光電変換装置の「Ｘ線照射期間」のタイムチャートである。 本発明の実施形態１を示すＸ線撮像システムの撮像時の動作を示すタイムチャートである。 空読み期間「Ｋ」中にスイッチが押された場合の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態２を示すＸ線撮像装置の一部の模式的な構成を示すブロック図である。 図１１のＸ線撮像システムにおける撮影時の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態３を示すＸ線撮像システムの撮影時の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態４を示すＸ線撮像装置の機械的な概要を示す模式図である。 図１４の内部構成を示すブロック図である。 従来のアナログ方式のＸ線撮影システムの模式的な構成を示すブロック図である。 従来のディジタル方式のＸ線撮影システムの模式的な構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１を示すＸ線撮像システムの概念図である。図１において、１０１はＸ線を出射するＸ線源、１０４はＸ線源１０１から出射するＸ線を発生させるＸ線発生装置、１０５は通常放射線技師により開閉操作されるＸ線の出射を制御するスイッチ、１０３は検出体１０２を透過したＸ線を可視光などの光に変換する蛍光体、１３０は蛍光体１０３で変換された光を電気信号に変換する光電変換素子と変換された電気信号を電極間容量に蓄積させる蓄積手段と蓄積されている電気信号を読み出す読み出し手段とを有する固体撮像装置、１５０はＸ線源１０１からのＸ線の出射の有無を検出する検出手段であるＸ線検出素子、１７０はＸ線検出素子１５０の検出結果に応じて固体撮像装置１３０を種々のモードで駆動させる駆動回路を内蔵するとともに該駆動回路を制御する制御部、１６０は蛍光体１０３，固体撮像装置１３０，制御部１７０，Ｘ線検出素子１
５０が搭載されＸ線を透過しやすいアルミニウムやステンレスなどの金属からなるシャーシである。

なお、固体撮像装置１３０は、光電変換素子や、これで変換された電気信号の蓄積、読み出しを行うために、ＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などを用いており、ＭＯＳ型撮像素子などを２次元に配列している。

また、蛍光体１０３は、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ、Ｇｄ2Ｏ3、ＣｓＩなどのいずれかを主成分としており、具体的にはＸ線可視変換蛍光体１０３には、Ｔｂ（テルビウム）やＴｌ（タリウム）との化合物であるＧｄ2Ｏ2Ｓ：ＴｂやＣｓＩ：Ｔｌ等を用いることできる。

なお、図１においては、表現の都合上、Ｘ線源１０１からのＸ線が直接、Ｘ線検出素子１５０に入射しているように図示しているが、Ｘ線検出素子１５０を固体撮像装置１３０側に設ければ、検出体１０２を介して入射する場合もある。

Ｘ線源１０１から出射されたＸ線は、検出体１０２及びＸ線検出素子１５０にそれぞれ照射され、検出体１０２を透過したＸ線は蛍光体１０３に到達する。Ｘ線検出素子１５０は、Ｘ線を入射すると、Ｘ線源１０１からＸ線が出射されたことを検出して、その旨の信号を制御部１７０へ出力する。制御部１７０は、この信号を入力すると、内蔵する駆動回路によって固体撮像装置１３０で後で説明する「空読み動作」、「蓄積動作」、「本読み動作」の３つの動作を行う。

一方、蛍光体１０３は、検出体１０２を透過したＸ線を、Ｘ線透過量に多少に対応した可視光に変換する。変換した光は、固体撮像装置１３０側へ送られ電気信号に変換される。この電気信号は検出体１０２のＸ線透過像を表している。

固体撮像装置１３０に備えられている光電変換素子は、「空読み動作」、「蓄積動作」、「本読み動作」の３つの動作を行う。まず、Ｘ線源１０１からＸ線が出射されていないときには、空読み動作を行う。

次に、放射線技師などがスイッチ１０５を閉じることによってＸ線源１０１からＸ線の出射が開始され、これがＸ線検出素子１５０で検出されると、制御部１７０の制御によって固体撮像装置１３０で蓄積動作が行われる。

それから、放射線技師などがスイッチ１０５を開けることによってＸ線源１０１から出射されていたＸ線が停止され、これがＸ線検出素子１５０で検出されると、制御部１７０の制御によって固体撮像装置１３０で本読み動作が行われる。

なお、空読み動作、蓄積動作、本読み動作の具体的な動作については後述する。

図２は、図１の固体撮像装置１３０及びその周辺の回路図である。ここでは、２次元に光電変換素子を配列したものを例に説明する。なお、説明を簡単化するために、図２においては３×３の合計９画素で構成しているが、実際には、必要なセンサの大きさに応じた数の光電変換素子が配列されており、たとえば、医療用の胸部Ｘ線撮像装置の場合には、有効領域で４０ｃｍ以上、画素数としては画素ピッチ２００μｍで、２０００×２０００画素以上を配列するようにしている。

また、Ｓ１−１〜Ｓ３−３は可視光を受光し電気信号に変換するための光電変換素子、Ｔ１−１〜Ｔ３−３はＳ１−１〜Ｓ３−３で光電変換された信号電荷をマトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３側へ転送するためのスイッチ素子、Ｇ１〜Ｇ３はスイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３に接続されたスイッチのゲート駆動用配線である。

マトリクス信号配線Ｍ１には、スイッチ素子の電極間容量（Ｃｇｓ）の３個分の容量が転送終了時において付加されていることと等価であり、図２では容量素子ＣＬ１として表記している。他のマトリクス信号配線Ｍ２、Ｍ３についても同様であり、ＣＬ２、ＣＬ３として表記している。

光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３とスイッチング素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３とゲート駆動配線Ｇ１〜Ｇ３とマトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３とが光電変換回路部２０１として図２に示しており、図示しない絶縁基板上に配置されている。シフトレジスタ（ＳＲ１）２０２は、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３のオン／オフを制御している。

光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３に入射した光は、そこで電気信号に変換され、それぞれの電極間容量に蓄積される。これらの光電変換信号は、転送用スイッチＴ１−１〜Ｔ３−３及びマトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３を通じて、並列の電圧出力となる。

さらに、読み出し手段である読み出し用スイッチ回路部２０７により直列信号となり、アナログ／ディジタル変換器であるＡ／Ｄ変換回路部２０５へ出力され、ここでアナログ信号からディジタル信号に変換される。図２の固体撮像装置においては、総画素数９ビットの光電変換素子を３ビットずつまとめて３行に分割している。上述の各動作は、順次この行単位で行われる。

図３は、図２に示す固体撮像装置の動作を示すタイムチャートである。第１行の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３に入射した光は、電気信号に変換され信号電荷として、蓄積手段によって、それぞれの電極間容量に蓄積される。一定の蓄積時間を経過した後、シフトレジスタ２０２よりゲート駆動用配線Ｇ１に転送用の第１の電圧パルスをＴ１時間与え、転送用スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３をオン状態に切り替える。

これにより、光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３内の電極間容量に蓄えられていた信号電荷が、マトリクス信号配線Ｍ１〜Ｍ３に寄生する、容量ＣＬ１〜ＣＬ３に転送される。これにより、ＣＬ１〜ＣＬ３の電位Ｖ１〜Ｖ３は、信号の電荷量分だけ高くなる（転送動作）。

次に、容量ＣＬ１〜ＣＬ３の信号は、ＳＭＰＬ信号をオンすることにより、読み出し用回路部内のサンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３に転送される。この時、容量ＣＬ１〜ＣＬ３の信号は、それぞれアンプＡ１〜Ａ３により増幅される。

ＳＭＰＬ信号をオフすることにより、サンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３の信号電荷はホールドされる。ＳＭＰＬ信号をオフした後、容量ＣＬ１〜ＣＬ３は、ＣＲＥＳ信号によりリセットされ、次のラインの転送動作が行われることになる。

サンプルホールドされたサンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３の第１行の信号は、ゲート駆動用配線Ｎ１〜Ｎ３にシフトレジスタ（ＳＲ２）２０３より電圧パルスを順次与え、読み出し用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３を順次オン状態に切り替えることにより、アンプＢ１〜Ｂ３を介し直列信号に変換し、オペアンプ２０４によりインピーダンス変換後に３画素分の信号を、光電変換素装置の外部へ出力する（読出動作）。

以下、シフトレジスタ２０２によってゲート駆動用配線Ｇ２、Ｇ３を順次駆動することにより、全画素のデータを出力する。３行分の光電変換された信号が繰り返し読み出される。

図２，３では、９画素分で表記しているが、更に多数の画素があっても動作は同様である。サンプルホールド用コンデンサＣ１〜Ｃ３を設けることにより、ｎ行の読み出し動作と、ｎ＋１行の転送動作は、同じ期間に行うことができる。

図４は、図２のシフトレジスタ２０２の回路図である。図４には、Ｎ段のＤフリップフロップ及びＡＮＤゲートを示している。入力ロジック信号はＳｉｎ、Ｓｃｌｋ、ＯＥの３つの入力ロジック信号があり、出力信号は、Ｖｇ１〜ＶｇＮのＮ本存在している。

図５は、図４のシフトレジスタ（ＳＲ１）の動作を示すタイムチャートを示している。Ｓｉｎを「Ｈｉ」にした状態で、Ｓｃｌｋを「Ｈｉ」にすることにより第１段のＤフリップフロップは「Ｈｉ」状態に遷移する。それから、Ｓｃｌｋを「Ｌｏ」、つづいてＳｉｎを「Ｌｏ」にしてから、ＯＥを「Ｈｉ」にすることにより、第１段目のＡＮＤ回路の出力Ｖｇ１は、ＯＥに同期して「Ｈｉ」のパルスを出力する。

第１段目のＤフリップフロップの出力（「Ｈｉ」）は２段目のＤフリップフロップのＤ入力に接続されているので、Ｓｃｌｋを「Ｈｉ」とすることにより２段目のＤフリップフロップ「Ｈｉ」状態に遷移する。なお、第１段目のＤフリップフロップのＤ入力端子であるＳｉｎは「Ｌｏ」としたため、第１段目のＤフリップフロップは「Ｌｏ」状態に遷移している。ＯＥを再び「Ｈｉ」状態にすることにより、第２段目のＡＮＤ回路の出力Ｖｇ２は、ＯＥに同期して「Ｈｉ」のパルスを出力する。以下同様に、Ｎ段目のＶｇＮまで、ＯＥに同期してパルスを出力する。

図４には図示していないが、図２におけるスイッチ素子のオン／オフを切り替えるのに必要なオン電圧やオフ電圧は、ＡＮＤ回路の後段に電圧レベル変換回路を設けて、所望のオン電圧、オフ電圧を形成すればよい。

次に、光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３の動作を表す、「空読み動作」、「蓄積動作」、「本読み動作」の３つの動作について説明する。「本読み動作」とは、各光電変換素子が１フレーム分のスキャンを実施する動作であり、かつ検出体１０２のＸ線画像を取得するための動作をいう。

「空読み動作」とは、「本読み動作」と同様に各光電変換素子が１フレーム分のスキャンを実施する動作であるが、検出体１０２のＸ線画像を取得するための動作ではなく、いわば、各光電変換素子の特性、特に暗電流成分のバラツキを少なくして、「本読み動作」を安定に動作させるためのものであり、アイドリング動作をいう。

「蓄積動作」とは、「空読み動作」の後、すなわち「本読み動作」の前のＸ線が照射されることにより光電変換された信号電荷を光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３内の電極間容量に蓄える動作をいう。

以後、「本読み動作」を行う期間を「本読み期間」、「空読み動作」を行う期間を「空読み期間」、蓄積動作を行う期間を「蓄積期間」と称する。

図６，図７は、図２の各光電変換素子においてシフトレジスタ２０１がＮ段ある場合の「本読み動作」、「空読み動作」のタイムチャートを示している。Ｖｇ１〜ＶｇＮに出力する信号のタイミングは図６，図７において、図５と基本的に同じである。

また、図６，図７には、Ｖｇ１〜ＶｇＮの他に、Ｘ線源１０１からのＸ線の出射の有無を示すＸ−ｒａｙ、ＣＲＥＳ端子へ印加する信号のＨｉ／Ｌｏを示すＣＲＥＳ、アンプ２０４のアナログ出力を示すＶｏｕｔ、Ａ／Ｄ変換回路部２０５に入力する信号のＨｉ／Ｌｏを示すＸＷＥ信号を追記している。なお、ＸＷＥ信号は、各光電変換素子のアナログ出力がアンプ２０４から出力されている期間にのみＡ／Ｄ変換するための論理信号である。

なお、図６，図７において、Ｘ−ｒａｙは常にＬｏであり、Ｘ線源１０１からＸ線の出射はされていない。また、Ｖｇ４〜ＶｇＮに出力する信号は、図５を用いて説明したＶｇ１〜Ｖｇ３に出力する信号と同様にＨｉ／Ｌｏが切り替えられる。図７においては、Ｖｏｕｔは常にＬｏであり、アンプ２０４からからの信号出力は存在していない（情報として意味がない）。すなわちＸＷＥ信号は常にＨｉにし、Ａ／Ｄ変換は行わない。

図６，図７に示するように、「本読み動作」と「空読み動作」とは、各光電変換素子を動作させる上では違いはない。すなわち、前述したように、「空読み動作」は光電変換素子の「本読み動作」を安定に動作させるために必要なアイドリング動作であり、その動作における出力信号そのものは画像形成のディジタルデータとしては必要としないことを意味している。

図８は、図２の各光電変換素子においてシフトレジスタ（ＳＲ１）がＮ段ある場合の「蓄積動作」のタイムチャートである。ここでは、Ｘ−ｒａｙはＬｏ、Ｈｉ、Ｌｏと切り替わる。すなわち、Ｘ線源１０１は、Ｘ線が出射されていない状態から、Ｘ線の出射が開始され、その後Ｘ線の出射が停止される。また、Ｖｇ１〜ＶｇＮには、常にＬｏの信号が出力されている。また、ＸＷＥ信号は、Ｈｉである。

図９は、本実施形態のＸ線撮像システムの撮像時の動作を示すタイムチャートである。図９には、光電変換素子の動作及び出力と、図７等に示したＸ−ｌａｙ（Ｘ線）とを示している。また、図９において、空読み動作は「Ｋ」で示している。本読み動作は「Ｈ」で示している。蓄積動作は「Ｔ」で示している。

ちなみに、光電変換素子の出力は図６におけるＶｏｕｔに対応しており、説明の都合上、検出体１０２が存在しない状態、すなわち均一なＸ線に基づく光が光電変換素子に入射する場合を示している。また、図６におけるＶｏｕｔは間欠的に出力されているが、図９においては紙面の都合上連続的に表記している。

まず、始めに、光電変換素子は空読み動作「Ｋ」を行っている。この動作中に、放射線技師によりスイッチ１０５が閉じられる（ｏｎ）と、Ｘ線源１０１からＸ線が出射される。これにより、Ｘ線検出素子１５０がＸ線の出射の開始を検出し、制御部１７０によって光電変換素子が空読み動作「Ｋ」から蓄積動作「Ｔ」に遷移される。

次に、一定期間Ｘ線が照射された後スイッチ１０５が開く（ｏｆｆ）ことにより、Ｘ線源１０１からのＸ線の出射が停止される。これにより、Ｘ線検出素子１５０がＸ線の出射の停止を検出し、駆動回路１７０によって光電変換素子光電変換素子が蓄積動作「Ｔ」から本読み動作「Ｈ」に遷移される。そして、本読みの期間「Ｈ」で、蓄積期間「Ｔ」に蓄積された信号電荷が各光電変換素子から出力される。

図９では、空読み動作「Ｋ」が終了した直後に、Ｘ線が照射された場合の撮影シーケンスを示しているが、放射線技師がスイッチ１０５を閉じるタイミングは無作為であるため、空読み動作「Ｋ」が終了する前にスイッチ１０５が閉じられる場合もあるので、この場合の動作についても説明する。

図１０は、空読み期間「Ｋ」中にスイッチ１０５が閉じられた場合の動作を示すタイムチャートである。なお、図１０には、図９に示す場合と同様に、光電変換素子のアナログ出力波形の様子も示しており、検出体１０２が存在しない状態すなわち均一なＸ線が照射された場合の出力を、紙面の都合上連続的に示している。

空読み期間「Ｋ」の途中で、Ｘ線が出射された場合には、そのときの空読み期間（１フレーム分）が終了すれば、図９と同様に光電変換素子は蓄積動作「Ｔ」に遷移し、Ｘ線の出射が停止されたら本読み動作「Ｈ」に遷移する。Ｘ線のオン、オフの情報は上記のように、Ｘ線検出素子１５０の検出結果に基づくものである。

空読み期間「Ｋ」の途中でＸ線が出射された場合には、その時点から光電変換素子は、そのＸ線の出射によって信号を出力し始める。時間を経るに従いその出力は増大し、図１０に示すような三角波形の出力になる。これは、時間の経過に伴って長い時間のＸ線が照射されているからである。つまり、空読み期間「Ｋ」におけるシフトレジスタ２０２のスキャンが後半にある画素列ほど、出力が増大していると言い換えられる。

一方、蓄積期間「Ｔ」を終え、本読み期間「Ｈ」における光電変換素子は、前回の空読み動作「Ｋ」の過程においてＸ線が照射される前にスキャンを終了した画素については、その出力が平らになる。その後の画素列の出力は、、減少の傾向を示している。これは、前回の空読み動作のスキャンにおいて、蓄積された信号電荷が既に失われたことによる。

しかし、この部分の出力の低下分は後で補正が可能である。Ｘ線検出素子により、Ｘ照照射開始のタイミング及びＸ線をオフしたタイミングを検知しており、既知である光電変換素子の駆動のタイミングとを考慮のうえで、予めシステム設計を施せば、本読み期間「Ｈ」における上記出力の低下分は容易に補正が可能となる。この補正はソフト的に行っても、ハード的に行ってもよい。

また、蓄積期間「Ｔ」が、空読み期間「Ｋ」に比べて十分に長ければ、本読み期間「Ｈ」における上記出力の落ち込み分は非常に小さくなり無視できる。蓄積期間「Ｔ」は放射線技師により決定されたり、あるいは、露出補正用のホトタイマにより決定される。いずれにしても、Ｘ線検出素子１５０でＸ線のオン／オフの切替のタイミングを検出できる。蓄積期間「Ｔ」が、空読み期間「Ｋ」に対し、十分長かった場合、ある設計に準じたルールに則り、補正を行わないことも可能である。

（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２のＸ線撮像装置の一部の模式的な構成を示すブロック図である。図１１には、Ａ／Ｄ変換回路部（Ａ／Ｄ）２０５の他に、空読み動作時のデータが格納される空読み動作時用フレームメモリ２０８と本読み動作時のデータが格納される本読み動作時用フレームメモリ２０９とを示している。なお、図１１に示す部分の他は、図２と同様である。

アンプ２０４から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路部２０５に入力される。ここでは、Ａ／Ｄ変換回路部２０５を１４ビットのもので表記している。Ａ／Ｄ変換回路部２０５によってディジタル信号に変換された画像データは空読み動作用フレームメモリ２０８及び本読み動作用フレームメモリ２０９にパラレルに格納される。

空読み動作時用フレームメモリ２０８には、毎回の空読み動作時のデータが格納されるが、空読み動作を重ねる度に、空読み動作時用フレームメモリ２０８のデータは更新される。空読み動作中にＸ線検出素子１５０によりＸ線の出射の開始が検出されると、そのときの空読み動作が最後の空読み動作となり、空読み動作時用フレームメモリ２０８には、その最後の空読み動作のフレームデータが格納されている。

その後、蓄積期間「Ｔ」を経て、最後に本読み動作が行われ、本読み動作時の出力が本読み動作時用フレームメモリ２０９に格納される。やがて、空読み動作時用フレームメモリ２０８のデータが本読み動作時用フレームメモリ２０９のデータと加算される。このように、空読み動作時用フレームメモリ２０８及び本読み動作時用フレームメモリ２０９を備えることで、空読み動作の途中でＸ線がオンしても、蓄積期間「Ｔ」の時間に左右されず、分布の少ないＸ線画像が得られる。

図１２は、図１１で示されるＸ線撮像システムの撮影時の動作を示すタイムチャートである。本実施形態では、予めＸ線が照射されるまで空読み動作を繰り返しているが、Ｘ線検出素子１５０によりＸ線の出射が検出されたときの空読み動作すなわち蓄積期間「Ｔ」の直前の空読み期間「Ｋ」における出力を、画像形成の情報として用い、やがて蓄積期間「Ｔ」の後の本読み動作における出力に加算している。

また、図１２において、一番下に記載されている光電変換素子の出力は、最後の空読み動作時の出力を、本読み動作時の出力に加算した様子を示している。本実施形態においては、蓄積期間「Ｔ」の直前の空読み動作における光電変換素子の出力は、画像形成の情報として用いる。したがって、空読み期間「Ｋ」のＸＷＥの信号は、図６と同様である。還元すれば、本読み動作も空読み動作も、図６のタイムチャートに示すものと同様である。

（実施形態３）
図１３は、本発明の実施形態３のＸ線撮像システムの撮影時の動作を示すタイムチャートであり、図１０と同様のものである。図１０と図１３との相違点は、図１０では空読み期間「Ｋ」の時間と本読み期間「Ｈ」の時間とが同じであるのに対し、図１３では空読み期間「Ｋ」の時間（ｔａ）と本読み期間「Ｈ」の時間（ｔｆ）とを異ならせて本読み期間「Ｈ」の方を短くしている点にある。言い換えれば、図１３では空読み動作のフレーム周波数数ｆａ（Ｈｚ）が、本読み動作におけるフレーム周波数ｆｒ（Ｈｚ）より大きい。

空読み期間「Ｋ」のデータは画像情報として用いないのであれば、シフトレジスタ２０２のスキャンスピードをある程度高くすることが可能である。これにより、最後の空読み動作過程におるＸ線の照射時間が短くなるため、本読み動作における後半の信号電荷の損失分は小さくなる。

空読み期間「Ｋ」の時間が本読み期間「Ｈ」の時間に比べて十分に短ければ、空読み期間「Ｋ」中にＸ線が照射されたとしても、本読み期間「Ｈ」における一部の光電変換素子の出力低下分は無視できるようになる。本読み期間「Ｈ」のデータは画像情報として用いるため、いたずらに動作時間を短くすることはできないので、ＴＦＴのスイッチング能力を考慮して最適な設計が施される。

（実施形態４）
図１４は、本発明の実施形態４を示すＸ線撮像装置の機械的な概要を示す模式図である。図１５は、図１４の内部構成を示すブロック図である。図１４，図１５において、２１１はシフトレジスタ２０２，２０３等に入力するクロック信号などを生成する駆動回路であるタイミング発生部、２１２はＡ／Ｄ変換回路部２０５から出力されるディジタル信号を記憶するメモリ、２１３はＸ線撮像装置のバッテリ、２１４は放射線技師などの手によりＸ線撮像装置のメイン電源のｏｎ／ｏｆｆの切り替えを制御する機械的な始動用スイッチ、２１５はＸ線撮像装置を持ち運びの際に用いる取っ手である。なお、図１，図２に示した部分と同様の部分には同一符号を付している。

また、本実施形態では、バッテリ２１３やメモリ２１２を、Ｘ線撮像装置に着脱可能な構成としており、放電し終えたバッテリ２１３を新しいものに交換したり、メモリ２１２で用意しているデータの蓄積容量がいっぱいになったときに新しいものに交換することで連続的な使用をできるようにしている。

なお、ここでは、メモリ２１２として、たとえばハードディスク、光磁気ディスク、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などのいずれかを想定している。ちなみに、メモリ２１２にＲＡＭを採用する場合には、撮影データが消失しないように、ボタン電池のような電源を必要とする。着脱したＲＡＭは、別機のリーダを介して、コンピュータに撮影データを転送することもできる。

さらに、始動用スイッチ２１４がオフしているときは、Ｘ線撮像装置に電源が投入されておらず、これを放射線技師などの手によりオンされると固体撮像装置１３０が空読み動作に遷移する。そして、Ｘ線検出素子１５０でＸ線の出射が検出されるまで空読み動作を繰り返すが、放射線技師等によりＸ線の出射の開始がされる。

Ｘ線検出素子１５０がＸ線の出射の開始を検出すると、その旨の信号が制御部２１０へ出力される。制御部２１０では、駆動回路によってタイミング発生部２１１に、固体撮像装置１３０を駆動するためのクロック信号等を生成させる。タイミング発生部２１１は、生成したクロック信号等を固体撮像装置１３０側へ出力する。

すると、空読み動作から蓄積動作に遷移する。そしてＸ線検出素子によりＸ線の出射の停止が検知されると、蓄積動作から本読み動作に遷移する。すなわち、固体撮像装置１３０は、Ａ／Ｄ変換回路部２０５に対してアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換回路部２０５は、このアナログ信号を制御部２１０の命令に応じて、ディジタル信号に変換して、メモリ２１２に出力する。メモリ２１２には、出力されたディジタル信号が制御部２１０の命令に応じて記憶される。

そして、本読みが終了してから、放射線技師等の手によって始動用スイッチ２１４がオフされると、メモリ２１２の記憶容量が複数フレーム分準備すれば、本読み終了後、空読み動作に遷移させて、２枚目のＸ線画像を撮影することもできる。

なお、上記動作中には、バッテリ２１３から、シャーシ１６０内の固体撮像装置１３０、Ｘ線検出素子１５０、制御部２１０、タイミング発生部２１１、Ａ／Ｄ変換回路部２０５、メモリ２１２に電力が供給されている。そして、メモリ２１２やバッテリ２１３は上記のように必要に応じて交換すればよい。

１０１ Ｘ線源
１０２ 検出体（患者）
１０３ 蛍光体
１０４ （Ｘ線発生装置）
１０５ スイッチ
１２０ フイルム
１３０ 固体撮像装置
１４０，１７０ 制御部
１５０ Ｘ線検出素子
１６０ シャーシ

Claims (3)

1. 放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子によって変換された電気信号を読み出す読み出し素子と、をそれぞれ含む複数の画素が２次元に配列された変換回路部と、
   行単位で複数の前記読み出し素子を順次駆動するための駆動回路と、
   前記放射線の出射の開始及び終了を検出する検出素子と、
   前記検出素子の検出結果に応じて前記駆動回路を制御する制御手段と、を備える放射線撮像装置において、
   前記駆動回路は、第１の動作と、前記第１の動作の後に前記変換素子により放射線を電気信号に変換し蓄積するための第２の動作と、蓄積された電気信号を前記読み出し素子により読み出すための第３の動作と、を前記変換回路部に行わせ、
   前記第１の動作は、前記第３の動作を安定させるための動作であって且つ繰り返し行われる動作であり、
   前記制御手段は、前記検出素子によって放射線の出射の開始が検出されたとき、前記第１の動作から前記第２の動作に遷移するように前記駆動回路を制御し、且つ前記検出素子によって放射線の出射の終了が検出されたとき、前記第２の動作から前記第３の動作に遷移するように前記駆動回路を制御し、
   前記第１の動作及び前記第３の動作は、行単位で複数の前記画素の前記読み出し素子を順次駆動するものであり、前記第１の動作のための期間をｔａ、前記第３の動作のための期間をｔｆとすると、
   ｔｆ≧ｔａ
   とされていることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記変換素子は、前記放射線を光に変換する蛍光体と、前記蛍光体によって変換された光を前記電気信号に変換する光電変換素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の放射線撮像装置。
3. 請求項１又は２記載の放射線撮像装置と、
   前記放射線撮像装置に放射線を出射する放射線源と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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