JP6039782B2 - 放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられる照射検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像を検出する放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられる照射検出方法に関するものである。

近年、放射線撮影、例えばＸ線撮影の分野において、Ｘ線フイルムやイメージングプレート（ＩＰ）に代わり、半導体素子を用いたフラットパネルディテクタ（以下、ＦＰＤという）を用いたＸ線画像検出装置が普及している。ＦＰＤは、半導体素子を用いて形成されたイメージセンサであり、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する画素が行及び列の二次元にマトリクス状に配列された撮像領域を有する。ＦＰＤは、Ｘ線の入射によって画素毎に蓄積される信号電荷を電圧信号に変換することによって被検体の画像情報を表すＸ線画像を検出する。ＦＰＤで検出されたＸ線画像は、デジタルな画像データとして出力される。

ＦＰＤには、信号読み出し方式の違いによって、破壊読み出し方式のものと非破壊読み出し方式のものがある。破壊読み出し方式は、フォトダイオードなどの光電変換素子を有する画素に蓄積された信号電荷を、信号線を介して積分アンプに転送し、積分アンプで積分された信号電荷に応じた出力信号（電圧信号）を読み出す方式であり、信号電荷の転送によって画素内の信号電荷が空になるため、破壊読み出しと呼ばれる。一方、非破壊読み出し方式は、信号電荷を出力信号に変換するアンプが画素毎に設けられており、画素に信号電荷を保持した状態で信号電荷に応じた出力信号を読み出す方式であり、読み出し後においても画素に蓄積された信号電荷が空にならずに保持されるため、非破壊読み出しと呼ばれる。

特許文献１には、非破壊読み出し方式のＦＰＤが記載されており、Ｘ線源による照射が開始されたこと（照射開始）や照射が終了したこと（照射終了）を検出するための照射検出センサとしてＦＰＤの画素を利用することが開示されている。照射検出は、Ｘ線源によるＸ線の照射期間とＦＰＤの信号蓄積期間を同期させるために行われるものであり、ＦＰＤの画素を利用してＦＰＤで自己検出することにより、Ｘ線源とＦＰＤの間において同期信号を通信する同期制御が不要となる。

特許文献１の段落００６５に記載されているように、非破壊読み出し方式であれば、Ｘ線が照射中に出力信号を読み出しても画素内の信号電荷は保持されるので、照射されたＸ線を無駄にすることなく、Ｘ線画像に反映させることができる。一般的には、Ｘ線画像の画質を確保するにはＸ線の照射線量は多い方がよい。被検体に照射されたにも関わらずＸ線画像に反映されない無駄なＸ線を減らすことができれば、無駄なＸ線の分照射線量を減らしてもＸ線画像の画質を確保できるので、予め設定する撮影条件において照射線量を少なく設定できるなど、結果として被検体（患者）の被曝量の低減に寄与する。

特許文献１に記載のＦＰＤは、照射開始検出において、Ｘ線の照射開始を待機している待機中に画素からの信号読み出しを繰り返し行い、連続して複数回読み出される出力信号の信号値の差分に基づいて照射開始を判定している。Ｘ線が入射すると差分は増加するため、差分が閾値以上になったときに照射開始と判定される。

また、差分が閾値未満の場合には、画素に蓄積された電荷を掃き出すリセットが行われる。これは、Ｘ線が入射しない間に画素に蓄積される、暗電流に起因するノイズ成分を除去するためである。このリセットは差分が閾値以上の場合（照射開始と判定された場合）には行われずに信号蓄積動作に移行される。

また、照射終了検出においては、Ｘ線照射中に、画素からの信号読み出しを繰り返し行い、連続して複数回読み出される出力信号の信号値が閾値以下になったときに照射終了と判定している。Ｘ線画像は照射終了が検出された後に読み出される。

特開２００３−１２６０７２号公報

特許文献１に記載されているように、照射されたＸ線を無駄にすることなくＸ線画像に反映させることは、被検体の被曝量を低減する観点からは非常に重要な課題である。そのため、被曝量をできるだけ低減するためのさらなる工夫が求められている。

Ｘ線源が照射するＸ線の強度（単位時間当たりの線量）は、照射開始指令を受けてから徐々に上昇してピークまで立ち上がる。Ｘ線源の開始初期の応答は緩慢であり、特に開始指令を受けた直後の開始初期の段階では上昇の傾きは緩やかである。ＦＰＤで照射開始を検出する場合には、Ｘ線の強度が低い段階で照射開始を検出できれば、Ｘ線源が照射を開始してからＦＰＤが照射開始を検出するまでのタイムラグが短くなるので、Ｘ線画像に反映されない無駄なＸ線が減り、被曝量を低減できる。

Ｘ線の強度が低い段階では信号電荷の蓄積量が少ないのでそれに対応する出力信号も小さい。出力信号が小さいと、Ｘ線が照射されているにも関わらず照射開始を検出できないという検出逃しが多くなり、タイムラグも長くなる。そのため、少量の信号電荷でも大きな出力信号が得られるようにすれば検出逃しが減るので、タイムラグが短くなり、無駄なＸ線を減らすことができる。

この対策としては画素の感度を高くすることが考えられる。具体的には、画素の出力信号を読み出す際のアンプの増幅率（ゲイン）を上げることにより、画素の感度を上げることができる。ゲインを上げれば電荷蓄積量が少なくても大きな出力信号が得られる。加えて、ゲインの大小とは無関係に発生する回路ノイズ（例えば読み出し回路を構成するＡＳＩＣで発生する回路ノイズ）に対しては、出力信号の信号値が相対的に大きくなるため、Ｓ／Ｎ比も向上する。

しかしながら、画素においてはＸ線の入射の有無に関わらず暗電流に起因する電荷が発生する。暗電流に起因する暗電流ノイズは、アンプで増幅されて出力信号として現れるので、ゲインの大小とは無関係な回路ノイズと異なり、ゲインが高いと暗電流ノイズも大きくなる。また、暗電流ノイズの他にも、振動や衝撃によって生じる振動ノイズがあり、振動ノイズもアンプによって増幅されて出力信号として現れる。このため、ゲインを上げて画素の感度を高くすると、暗電流ノイズや振動ノイズを拾ってしまい誤検出する懸念がある。

加えて、ゲインを上げるとすぐに出力信号が飽和してしまう。出力信号が飽和すると、Ｘ線の強度が上昇しているか否かの判定が不能になる。画素の感度が低ければ、こうした誤検出や判定不能のおそれは少ないが、上述のとおり、感度が低いと、Ｘ線の強度が低い段階で照射開始を検出できないため、タイムラグを短くできず、無駄なＸ線を減らせない。

特許文献１には、こうした課題及びその解決策については明示も示唆もない。特許文献１の構成も、画素の感度が高ければ誤検出や出力信号の飽和の問題は生じる。また、画素の感度が低いと上述した検出逃しを生じやすい。というのは、特許文献１のＦＰＤでは、連続して読み出される２つの出力信号の差分に基づいて照射開始の判定を行っているが、Ｘ線の強度の上昇が緩やかな照射開始初期の段階では差分が小さく、上昇の傾きがある程度大きくならないと差分も大きくならない。しかも、差分はゲインによって増幅されるため、画素の感度が低いほど差分も小さく、照射開始初期のＸ線の強度が低い段階では、検出逃しを生じやすい。

特許文献１の段落００６４には、照射開始を判定した場合（差分が閾値以上）にはリセットを行わずに蓄積動作に移行することで、Ｘ線の照射開始のタイミングから照射判定のタイミングが遅れてタイムラグが発生した場合でも、無駄なＸ線を低減することが記載されている。しかしながら、特許文献１の段落００６５に記載されているように、照射開始と判定しなかった場合（差分が閾値未満）にはリセットを行って信号電荷を破棄しているので、差分が小さくて検出逃しが生じた場合には、やはりタイムラグに起因するＸ線の無駄が生じることになる。

また、照射開始の検出について述べてきたが、照射終了の検出においても、照射開始と同様の問題が生じる。すなわち、照射終了の検出を迅速に行うためには、出力信号の小さな変化を早い段階で検出する必要があり、画素の感度は高い方がよいが、画素の感度が高いと出力信号の飽和の懸念が生じてしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的は、放射線画像検出装置を用いた照射検出を迅速かつ正確に行うことにある。

本発明の放射線画像検出装置は、画像検出パネルと、照射検出領域と、出力信号読み出し部と、照射検出部と、ゲイン設定部とを備えている。画像検出パネルは、放射線源から照射され被検体を透過した放射線を受けて放射線画像を検出する画像検出パネルであり、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域を有する。照射検出領域は、放射線の照射が開始されたことを検出するための照射検出領域であり、画素を少なくとも１つ含み撮像領域内に設定されている。出力信号読み出し部は、照射検出領域内の画素から、画素に信号電荷を保持した状態で信号電荷に応じた出力信号を読み出す。照射検出部は、出力信号の信号値に基づいて、照射の開始を検出する。ゲイン設定部は、出力信号を読み出す際の増幅率であるゲインを、第１ゲインと第１ゲインよりもゲインの値が相対的に低い第２ゲインの少なくとも２種類のゲインに変更可能である。さらに、照射検出部は、少なくとも第１ゲイン及び第２ゲインで読み出した２種類以上の出力信号の信号値に基づいて、照射が開始されたか否かを判定する照射判定部を有している。

照射判定部は、第１ゲインで読み出された出力信号の信号値が予め設定された閾値以上か否かの一次判定を行い、一次判定において信号値が閾値以上であると判定された場合には、第２ゲインで読み出された出力信号の信号値に基づいて二次判定を行うことが好ましい。

照射判定部は、二次判定において、第２ゲインで読み出された信号値が閾値以上か否かの判定を行って、判定結果が肯定の場合に照射が開始されたと判定することが好ましい。

出力信号読み出し部は、照射検出領域から第１ゲインで出力信号を読み出し、第１ゲインの読み出し後に、ゲイン設定部によって同じ照射検出領域のゲインを第２ゲインに変更して、第２ゲインの出力信号を読み出すことが好ましい。

照射検出領域は、ゲイン設定部によって、ゲインが第１ゲインに設定された高感度領域と、第２ゲインに設定された低感度領域の少なくとも２つの領域を有しており、出力信号読み出し部は、高感度領域と低感度領域からそれぞれ第１ゲインと第２ゲインの２種類の出力信号を読み出すことが好ましい。

照射検出領域を撮像領域内の任意の箇所に設定可能な領域設定部を有していることが好ましい。

領域設定部は、撮像領域内の複数箇所に照射検出領域を設定可能であることが好ましい。

領域設定部は、撮像領域の全域に照射検出領域を設定可能であることが好ましい。

放射線源が照射する照射線量、被検体の撮影部位のうち少なくとも１つを含む撮影条件の入力を受け付ける撮影条件受付部を備えていることが好ましい。

領域設定部は、撮影条件に含まれる撮影部位に基づいて、照射検出領域を設定することが好ましい。

ゲイン設定部は、照射の開始及び終了の少なくとも一方の検出の際に使用されるゲインの初期値を、撮影条件に含まれる照射線量に基づいて設定することが好ましい。

ゲイン設定部は、出力信号の信号値が飽和している場合には、ゲインの値を段階的に下げることが好ましい。

照射検出部は、照射の終了を検出することが好ましい。

照射検出部は、同一のゲインで連続して複数回読み出した出力信号の信号値がほぼ一定になったときに照射が終了したと判定することが好ましい。

照射検出部は、照射の開始及び終了の両方を検出することが好ましい。

ゲイン設定部は、照射検出部が照射の開始を検出したときの結果に基づいて、照射の終了を検出する際の照射検出領域とゲインの初期値の少なくとも一方を初期設定することが好ましい。

画像検出パネルは、画素に信号電荷を保持したままＸ線画像の読み取りが可能なＣＭＯＳ型であることが好ましい。

画像検出パネルが可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることが好ましい。

本発明の照射検出方法は、放射線源から照射され被検体を透過した放射線を受けて放射線画像を検出可能な画像検出パネルであり、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域を有し、画素に信号電荷を保持したまま信号電荷に応じた出力信号を読み出し可能な画像検出パネルを用い、放射線の照射が開始されたことを検出する照射検出方法において、出力信号読み出しステップと、照射検出ステップと、ゲイン設定ステップとを備えている。出力信号読み出しステップは、画素を少なくとも１つ含み、放射線の照射が開始されたことを検出するために撮像領域内に設定された照射検出領域において、画素から出力信号を読み出す。照射検出ステップは、出力信号の信号値に基づいて、照射の開始を検出する。ゲイン設定ステップは、照射検出ステップにおいて、出力信号を読み出す際の増幅率であるゲインを、第１ゲインと第１ゲインよりもゲインの値が相対的に低い第２ゲインの少なくとも２種類のゲインに変更する。さらに、照射検出ステップは、少なくとも第１ゲイン及び第２ゲインで読み出した２種類以上の出力信号の信号値に基づいて、照射が開始されたか否かを判定する照射判定ステップを有する。

本発明は、画素の出力信号に基づいて照射検出を行う場合に、出力信号を読み出す際のゲインを、少なくとも第１ゲイン及び第１ゲインよりもゲインの値が低い第２ゲインの２種類のゲインで読み出されるようにしたから、照射検出を迅速かつ正確に行うことができる。

Ｘ線撮影システムの構成を示す概略図である。 撮影時の動作タイミングを示す説明図である。 ＦＰＤの電気構成を示す構成図である。 照射検出領域の説明図である。 照射開始検出時の判定処理の説明図である。 照射終了検出時の判定処理の説明図である。 撮影時の動作手順を示すフローチャートである。 照射開始検出動作の手順を示すフローチャートである。 照射終了検出動作の手順を示すフローチャートである。 照射検出領域を撮像領域に設定した例を示す説明図である。 可変ゲインアンプを出力線に接続した例の説明図である。 照射検出領域に、高感度領域と低感度領域の２つの領域を設定した例の説明図である。 図１２の例の動作手順を示すフローチャートでる。

［第１実施形態］
図１において、Ｘ線撮影システム１０は、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線撮影装置１２とからなる。Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１３と、Ｘ線源１３を制御する線源制御装置１４と、照射スイッチ１５とで構成される。Ｘ線源１３は、Ｘ線を照射するＸ線管１３ａと、Ｘ線管１３ａが照射するＸ線の照射野を限定する照射野限定器（コリメータ）１３ｂとを有する。

Ｘ線管１３ａは、熱電子を放出するフィラメントからなる陰極と、陰極から放出された熱電子が衝突してＸ線を放射する陽極（ターゲット）とを有している。照射野限定器１３ｂは、例えば、Ｘ線を遮蔽する複数枚の鉛板を井桁状に配置し、Ｘ線を透過させる照射開口が中央に形成されたものであり、鉛板の位置を移動することで照射開口の大きさを変化させて、照射野を限定する。

線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対して高電圧を供給する高電圧発生器と、Ｘ線源１３が照射するＸ線の線質（エネルギースペクトル）を決める管電圧、単位時間当たりの線量を決める管電流、およびＸ線の照射時間を制御する制御部とからなる。高電圧発生器は、トランスによって入力電圧を昇圧して高圧の管電圧を発生し、高電圧ケーブルを通じてＸ線源１３に駆動電力を供給する。管電圧、管電流、照射時間といった撮影条件は、線源制御装置１４の操作パネルを通じて放射線技師などのオペレータにより手動で設定される。

照射スイッチ１５は、線源制御装置１４に信号ケーブルで接続されており、オペレータによって操作される。照射スイッチ１５は二段階押しのスイッチであり、一段階押しでＸ線源１３のウォームアップを開始させるためのウォームアップ開始信号を発生し、二段階押しでＸ線源１３に照射を開始させるための照射開始信号を発生する。これらの信号は信号ケーブルを通じて線源制御装置１４に入力される。

Ｘ線撮影装置１２は、電子カセッテ２１、撮影台２２、撮影制御装置２３、およびコンソール２４から構成される。電子カセッテ２１は、ＦＰＤ２５と、ＦＰＤ２５を収容する可搬型の筐体２６とからなり、Ｘ線源１３から照射されて患者などの被検体Ｈを透過したＸ線を受けて被検体ＨのＸ線画像を検出する、可搬型の放射線画像検出装置である。電子カセッテ２１は、平面形状が略矩形の偏平な筐体を有し、平面サイズはフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさである。

電子カセッテ２１は、後述するように、ＦＰＤ２５によってＸ線源１３が照射するＸ線を受けて、Ｘ線の照射開始及び照射終了を自己検出する機能を有している。そのため、Ｘ線発生装置１１とＸ線撮影装置１２との間では、Ｘ線源１３の照射タイミングとＦＰＤ２５の動作タイミングを同期する同期信号の通信による同期制御は不要となる。

撮影台２２は、電子カセッテ２１が着脱自在に取り付けられるスロットを有し、Ｘ線が入射する入射面がＸ線源１３と対向する姿勢で電子カセッテ２１を保持する。電子カセッテ２１は、筐体のサイズがフイルムカセッテやＩＰカセッテと略同様の大きさであるため、フイルムカセッテやＩＰカセッテ用の撮影台にも取り付け可能である。なお、撮影台２２として、被検体Ｈを立位姿勢で撮影する立位撮影台を例示しているが、被検体Ｈを臥位姿勢で撮影する臥位撮影台でもよい。

撮影制御装置２３は、有線方式や無線方式により電子カセッテ２１と通信可能に接続されており、電子カセッテ２１を制御する。具体的には、電子カセッテ２１に対して撮影条件を送信して、ＦＰＤ３６の信号処理の条件などを設定させる。また、撮影制御装置２３は、電子カセッテ２１が出力する画像データを受信してコンソール２４に送信する。

コンソール２４は、患者の性別、年齢、撮影部位、撮影目的といった情報が含まれる検査オーダの入力を受け付けて、検査オーダをディスプレイに表示する。検査オーダは、ＨＩＳ（病院情報システム）やＲＩＳ（放射線情報システム）といった患者情報や放射線検査に係る検査情報を管理するオーダリングシステムからネットワークを通じて入力されるか、あるいは、コンソール２４のキーボードやマウスなどの操作部からオペレータにより手動入力される。

オペレータは、検査オーダの内容をディスプレイで確認し、その内容に応じて撮影条件を決定する。具体的には、患者の性別、年齢、撮影部位、撮影目的に応じて、照射すべきＸ線の線質や照射線量を判断して、線質を規定する管電圧や、照射線量を規定する管電流及び照射時間を撮影条件として決定する。撮影条件は、コンソール２４の操作画面を通じて設定される。コンソール２４は、撮影制御装置２３を通じて電子カセッテ２１に対して、管電圧、管電流、照射時間に加えて、撮影部位を含めた撮影条件を設定する。Ｘ線発生装置１１に対する撮影条件の設定も、コンソール２４に入力された撮影条件を元に行われる。

また、コンソール２４は、撮影制御装置２３から送信されるＸ線画像のデータに対して、ガンマ補正、周波数処理等の各種画像処理を施す。画像補正処理済みのＸ線画像はコンソール２４のディスプレイに表示される他、そのデータがコンソール２４内のハードディスクやメモリ、あるいはコンソール２４とネットワーク接続された画像蓄積サーバといったデータストレージデバイスに格納される。

図２に示すように、線源制御装置１４は、照射スイッチ１５からの制御信号に基づいて、Ｘ線源１３の動作を制御する。照射スイッチ１５から照射開始信号（ＯＮ信号）を受けると、線源制御装置１４は、Ｘ線源１３に対して開始指令を発して電力供給を開始する。これによりＸ線源１３は照射を開始する。線源制御装置１４は、電力供給の開始とともに、タイマを作動させてＸ線の照射時間の計測を開始する。そして、タイマを監視して、撮影条件で設定された照射時間が経過すると、Ｘ線源１３に対して停止指令を発して電力供給を停止する。Ｘ線源１３は、停止指令を受けるとＸ線の照射を停止させる。Ｘ線の照射時間は、撮影条件に応じて変化するが、静止画撮影の場合には、Ｘ線の最大照射時間が約５００ｍｓｅｃ〜約２ｓ程度の範囲に定められている場合が多く、照射時間はこの最大照射時間を上限として設定される。

オペレータによって照射スイッチ１５が押下される前の段階で、電子カセッテ２１に対しては、コンソール２４を通じてＸ線の照射開始を待機する待機指示が入力される。待機指示が入力されると、電子カセッテ２１は、ＦＰＤ２５でＸ線の照射開始を検出する照射検出動作を開始する。この状態で、Ｘ線源１３がＸ線の照射を開始すると、ＦＰＤ２５が入射するＸ線に基づいて照射開始を検出する。電子カセッテ２１は、照射開始を検出すると、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する蓄積動作へ移行する。そして、蓄積動作へ移行すると、蓄積動作と並行して、Ｘ線の照射終了を検出する照射終了検出動作が開始される。Ｘ線源１３がＸ線の照射を停止すると、電子カセッテ２１は照射終了を検出して、蓄積動作を終了して、Ｘ線画像の読み出しが行われる。

図３に示すように、ＦＰＤ２５は、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素ＰＸを配列してなる撮像領域３６ａを有する画像検出パネル３６を有している。複数の画素ＰＸは、所定のピッチで二次元にｎ行（ｘ方向）×ｍ列（ｙ方向）のマトリクスに配列されている。画素ＰＸに付される符号１１、１２、２１、２２は、画素ＰＸの撮像領域３６ａ内のアドレスを表している。特定の画素について述べる場合以外は、アドレスを省略して単に画素ＰＸとして説明する。

ＦＰＤ２５は、Ｘ線をいったん可視光に変換した後に光電変換を行う間接変換型であり、画像検出パネル３６上には、撮像領域３６ａの全面と対向するようにシンチレータ（図示せず）が配置される。シンチレータは、Ｘ線を可視光に変換する、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）やＧＯＳ（ガドリニウムオキシサルファイド）などの蛍光体からなる。画像検出パネル３６は、例えば、画素ＰＸに信号電荷を保持した状態で信号電荷に応じた電圧信号を読み出し可能な非破壊読み出し方式のイメージセンサである。例えば、単結晶シリコン基板に画素ＰＸを形成したＣＭＯＳセンサチップを複数枚貼り合わせることにより、撮像領域３６ａを大面積化したイメージセンサである。

画素ＰＸは、フォトダイオードＰＤ、キャパシタＣＰ、アンプＡＰ、リセット用トランジスタＴｒ１、画素選択用トランジスタＴｒ２等の回路素子からなる。フォトダイオードＰＤは、シンチレータによって変換された可視光を光電変換し、Ｘ線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する。キャパシタＣＰは信号電荷を保持するための補助容量である。キャパシタＣＰはフォトダイオードＰＤの電荷保持容量で十分な場合には不要である。アンプＡＰは、フォトダイオードＰＤ及びキャパシタＣＰで蓄積される信号電荷に応じた電圧信号を増幅して出力する。アンプＡＰは画素ＰＸに信号電荷が保持された状態で電圧信号を出力する。画素ＰＸはリセットが行われない限り信号電荷を保持する。また、アンプＡＰは、ゲイン（増幅率）を変更することが可能な可変ゲインアンプである。

ゲインの値を変更すると、画素ＰＸの感度が変化し、ゲインの値が高いほど画素ＰＸの感度は上がる。同じ電荷蓄積量で比較すれば、感度が高いほど、出力される電圧信号の信号値は大きくなり、ゲインの大小と無関係に発生する回路ノイズに対してはＳ／Ｎ比が上がる。

アンプＡＰは、例えばオペアンプの出力を入力側に帰還させて入力電圧を増幅して出力するアンプであり、オペアンプの入力端子に接続する入力抵抗（図示せず）と、オペアンプの入力端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗（図示せず）との抵抗値の比を変化させることにより、ゲインの変更が可能な可変ゲインアンプである。アンプＡＰには、ゲイン制御線ＧＣが接続されており、ゲインの値は、ゲイン制御線ＧＣから入力されるゲイン設定信号に基づいて、入力抵抗や帰還抵抗の抵抗値を変化させることにより設定される。汎用のデジタルカメラで使用するイメージセンサの撮像領域と比べて、Ｘ線のＦＰＤでは、撮像領域が大きいので、このような可変ゲインアンプを画素毎に作る空間的な余裕もある。

リセット用トランジスタＴｒ１は、画素ＰＸをリセットするためのトランジスタである。リセット用トランジスタＴｒ１のゲート電極にはリセット線ＲＳＴが接続されており、リセット用トランジスタＴｒ１は、リセット線ＲＳＴからリセット信号が入力されると、フォトダイオードＰＤ及びキャパシタＣＰに蓄積された信号電荷をドレインに掃き出して、画素ＰＸをリセットする。

画素選択用トランジスタＴｒ２は、ソース電極がアンプＡＰの出力端子に接続され、ゲート電極が行選択線ＳＲに接続され、ドレイン電極が列信号線ＳＣに接続されている。画素選択用トランジスタＴｒ２は、ゲート電極に行選択信号が入力されるとオンして、列信号線ＳＣに対してアンプＡＰの電圧信号を印加する。列信号線ＳＣの下流側の出力端には、列選択用トランジスタ３７のソース電極が接続されている。列選択用トランジスタ３７は、ドレイン電極が出力線３８に接続されており、列選択用トランジスタ３７のゲート電極に列選択信号が入力されるとオンして、列信号線ＳＣから印加される電圧信号が出力線３８に出力される。

垂直走査回路４１及び水平走査回路４２は、出力線３８に電圧信号を出力する画素ＰＸを選択するための走査回路である。垂直走査回路４１は、行選択線ＳＲに行選択信号を入力する。行選択線ＳＲに行選択信号が入力されると、その行選択線ＳＲに接続された複数の画素選択用トランジスタＴｒ２がオンする。水平走査回路４２は、列選択用トランジスタ３７に対して列選択信号を入力することで、列選択用トランジスタ３７をオンする。各画素ＰＸは、それぞれの画素選択用トランジスタＴｒ２と、列信号線ＳＣを介して接続されるそれぞれの列選択用トランジスタ３７が同時にオンされると、各画素ＰＸの電圧信号が出力線３８に出力される。

画像読み出し動作においては、垂直走査回路４１は、１行目から最終行までの行選択線ＳＲ１、ＳＲ２・・・に対して順次行選択信号を送出する。水平走査回路４２は、行選択信号によって１行分の画素ＰＸ１１、ＰＸ１２・・・の各画素選択用トランジスタＴｒ２がオンされている間に、各列の列選択用トランジスタ３７を順次オンする。こうした手順が最終行まで繰り返されて、撮像領域３６ａ内の全画素ＰＸが順次選択される。各画素ＰＸの電圧信号は出力線３８に順次出力される。これにより、１画面分のＸ線画像を表す電圧信号が読み出される。

ＦＰＤ２５は、画像検出パネル３６、垂直走査回路４１、水平走査回路４２に加えて、制御部４６、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４７、Ａ／Ｄ変換器４８、メモリ４９、照射検出部５１、通信部５２を備えている。

制御部４６は、ＦＰＤ２５の各部を統括的に制御する。ＴＧ４７は、制御部４６からの制御信号に基づいてクロック信号を発生し、これを垂直走査回路４１や水平走査回路４２に入力する。垂直走査回路４１と水平走査回路４２は、クロック信号に同期してそれぞれ行選択信号及び列選択信号を発生する。

Ａ／Ｄ変換器４８は、出力線３８から順次出力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する。メモリ４９は、Ａ／Ｄ変換器４８から出力されるデジタル信号を一時的に格納する。画像読み出しが行われると、メモリ４９にはＸ線画像を表すデジタル信号が格納される。通信部５２は、撮影制御装置２３から制御信号や撮影条件を受信して、制御部４６に入力する。制御部４６は、入力された制御信号や撮影条件を受け付ける。また、通信部５２は、メモリ４９から読み出したＸ線画像を撮影制御装置２３に送信する。

照射検出部５１は、画素ＰＸを利用して、Ｘ線源１３が照射するＸ線の照射開始及び照射終了を検出する。照射検出部５１は、領域設定部５１ａ、ゲイン設定部５１ｂ、照射判定部５１ｃを有する。

図４に示すように、領域設定部５１ａは、撮像領域３６ａ内において、照射検出に利用する少なくとも１つの画素ＰＸを含む照射検出領域５６を設定する。照射検出領域５６は、撮像領域３６ａ内に複数箇所設定される。本例においては、撮像領域３６ａの中央位置と、中央位置を中心とする四隅の合計５つの箇所に照射検出領域５６が設定されている状態を示している。また、各照射検出領域５６は、隣接する４つの画素ＰＸから構成されている。

照射検出領域５６は、撮像領域３６ａの任意の箇所に、任意のサイズ（画素ＰＸの数）で設定することが可能である。領域設定部５１ａは、例えば、頭部、胸部、腹部といった撮影部位と照射検出領域５６の位置情報やサイズ情報が対応付けられたテーブルデータを有しており、制御部４６が受け付けた撮影条件に含まれる、頭部、胸部、腹部といった撮影部位に応じて、照射検出領域５６の位置やサイズを決定する。もちろん、位置情報やサイズ情報の入力を直接的に受け付けて、入力された位置情報やサイズ情報に基づいて、照射検出領域５６の位置やサイズを決定してもよい。こうすれば、予め設定されたテーブルデータとは無関係に照射検出領域５６の位置やサイズを設定したり、テーブルデータで決定される照射検出領域５６の位置やサイズを微調整することができる。

領域設定部５１ａは、照射開始及び終了の各検出動作において、決定した照射検出領域５６内の位置やサイズ情報を制御部４６に入力する。制御部４６は、入力された位置やサイズ情報に基づいて照射検出領域５６を判別して、照射検出領域５６内の画素ＰＸを特定する。そして、各検出動作において、制御部４６は、垂直走査回路４１及び水平走査回路４２を制御して、特定した画素ＰＸを順次選択させて、照射検出領域５６内の画素ＰＸから電圧信号を出力させる。

例えば、図３において、画素ＰＸ２２が照射検出領域５６内の画素ＰＸとして特定されている場合には、制御部４６は、垂直走査回路４１及び水平走査回路４２を通じて、画素ＰＸ２２が接続される行選択線ＳＲ２と列信号線ＳＣ２に対してそれぞれ行選択信号及び列選択信号を入力する。これにより、画素ＰＸ２２の画素選択用トランジスタＴｒ２と列選択用トランジスタ３７がオンして、画素ＰＸ２２の電圧信号が出力線３８に出力される。このように、制御部４６、垂直走査回路４１及び水平走査回路４２は、出力信号読み出し部として機能する。

照射開始及び照射終了の各検出動作において、照射検出領域５６内の画素ＰＸ２２から読み出された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器４８によってデジタル信号に変換されてメモリ４９に格納される。照射判定部５１ｃは、メモリ４９に格納されたデジタル信号を、照射検出を行うための出力信号として読み出して、読み出した出力信号に基づいて照射開始及び照射終了を判定する。各照射検出領域５６からの出力信号の読み出しは、所定のサンプリングレートで繰り返し実行される。

なお、本例においては、各検出動作において、撮像領域３６ａの全画素ＰＸではなく、各照射検出領域５６内の画素ＰＸを選択して出力信号を読み出しているが、全画素ＰＸから出力信号を読み出して、デジタル信号に変換後の１画面分の出力信号から、各照射検出領域５６内の出力信号を抽出してもよい。

ゲイン設定部５１ｂは、アンプＡＰのゲインを設定する。ゲイン設定部５１ｂは、ゲインの値を指定する指定情報を制御部４６に入力する。制御部４６は、領域設定部５１ａから入力された照射検出領域５６の位置情報やサイズ情報と、ゲイン設定部５１ｂから入力された指定情報とに基づいて、水平走査回路４２を通じて、照射検出領域５６内の画素ＰＸのゲインを変更する。水平走査回路４２は、照射検出領域５６内の画素ＰＸが接続されるゲイン制御線ＧＣを選択して、選択したゲイン制御線ＧＣを通じてアンプＡＰに対してゲイン設定信号を入力する。これにより、照射検出領域５６内の画素ＰＸのゲインが設定される。

なお、本例においては、水平走査回路４２に接続されたゲイン制御線ＧＣによってゲイン設定信号を入力するため、列毎にしかゲインを設定することができないが、例えば、ゲイン制御線ＧＣを垂直走査回路４１にも接続して、行と列の指定により画素ＰＸ毎にゲインを設定できるようにしてもよい。

図５（Ａ）に示すように、Ｘ線源１３が照射するＸ線の強度は、時刻ｔ１において開始指令を受けると、徐々に立ち上がる。照射開始初期の段階では立ち上がりの傾きは緩やかであり、徐々に傾きを増して、時刻ｔ２において管電流に応じたピークまで上昇する。そして、時刻ｔ３において停止指令を受けるまでピーク付近においてほぼ定常な状態を保ち、停止指令を受けると徐々に下降して時刻ｔ４においてゼロになる。このように、１回の撮影で照射されるＸ線の強度変化を表す曲線のプロファイルはほぼ台形状になる。

こうしたＸ線強度のプロファイルに対応して、画素ＰＸに蓄積される信号電荷の蓄積量の変化は、図５（Ｂ）に示すようなプロファイルとなる。電荷蓄積量は、Ｘ線の強度の上昇に対応して時刻ｔ１から増加を開始して、Ｘ線の強度がピークに達する時刻ｔ２に近づくにつれて傾き（増加率）を増しながら増加する。Ｘ線の強度が定常状態となる時刻ｔ２から時刻ｔ３の間はほぼ一定の増加率で増加する。そして、Ｘ線の強度の下降に対応して時刻ｔ３からは増加率が減少を開始するが、電荷蓄積量は、Ｘ線の強度がゼロになる時刻ｔ４まで緩やかに増加を続ける。時刻ｔ４以後においては電荷蓄積量は増加せずに一定となる。なお、正確には、Ｘ線が入射しない間も画素ＰＸには暗電流に起因する電荷が発生するため、時刻ｔ１以前及び時刻ｔ４以後においても、電荷蓄積量は僅かではあるが増加する。

照射開始検出動作においては、所定のサンプリングレートで各照射検出領域５６内の画素ＰＸから出力信号が読み出される。照射検出部５１は、照射検出領域５６内の画素ＰＸのゲインの初期値を高い値（高ゲインＧｎＨ）に設定して、画素ＰＸの感度を上げた状態で検出動作を開始する。照射検出部５１は、画素ＰＸの感度を上げた状態で照射判定部５１ｃに一次判定を行わせる。

一次判定において、照射判定部５１ｃは、高ゲインで画素ＰＸから読み出した出力信号の信号値ＳＶを、予め設定された閾値Ｔｈと比較し、信号値が閾値Ｔｈ以上となったときに照射開始と判定する。閾値Ｔｈと比較する信号値ＳＶは、例えば、各照射検出領域５６内のそれぞれの画素ＰＸの平均値や中間値が使用される。複数の画素ＰＸの平均値や中間値を使用することで異常値を排除することができる。そして、照射判定部５１ｃは、各照射検出領域５６の信号値ＳＶを順次閾値Ｔｈと比較する。

感度が高い状態では、電荷蓄積量の僅かな増加が出力信号の信号値ＳＶの大きな上昇として現れる。そのため、Ｘ線の照射が開始される時刻ｔ１直後のように、電荷蓄積量が僅かな段階でも、図５（Ｄ）に示すように、高ゲインＧｎＨで読み出された出力信号の信号値ＳＶは大きくなり、低ゲインＧｎＬの状態と比較すると、閾値Ｔｈとの差が大きく現れるため、信号値ＳＶと閾値Ｔｈの比較を正確に行うことができる。

一方で、図５（Ｃ）に示すように、照射が開始される時刻ｔ１以前においては、電荷蓄積量は暗電流に起因する電荷による僅かな増加しかないが、ゲインが高ゲインＧｎＨに設定されている場合には、そのような僅かな増加でも、信号値ＳＶが閾値Ｔｈを超えてしまう場合がある。また、衝撃や振動による振動ノイズもゲインが高いと大きな信号値ＳＶとして現れるため、閾値Ｔｈを超えてしまう場合がある。

このような場合には誤検出となるため、照射検出部５１は一次判定の判定結果を検証するために、一次判定において信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上であると判定された場合には、ゲインの値を高ゲインＧｎＨから低ゲインＧｎＬに落として、二次判定を行う。二次判定は、信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上と判定された照射検出領域５６に対して行われる。

二次判定において、照射判定部５１ｃは、低ゲインＧｎＬで読み出された出力信号の信号値ＳＶが増加して閾値Ｔｈ以上になったかを判定する。照射判定部５１ｃは、低ゲインＧｎＬで複数回読み出される信号値ＳＶ同士を比較して、増加しているか否か、信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上になったかを調べる。図５（Ｄ）に示すように、低ゲインＧｎＬで読み出される信号値ＳＶが増加して、閾値Ｔｈ以上になった場合には、一次判定の結果が誤検出ではないと判断し、一次判定の判定結果を確定する。

一方、図５（Ｃ）に示すように、二次判定において、低ゲインＧｎＬで読み出される信号値ＳＶが増加せず、閾値Ｔｈ以上にならない場合には、一次判定の結果が誤検出であると判断する。二次判定においては、低ゲインＧｎＬを読み出す回数（例えば３回など）の上限値を決めて、その回数の範囲で信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上に達しない場合には誤検出と判断する。なお、上限値は時間で決めてもよい。誤検出と判断した場合には、照射検出領域５６内のすべての画素ＰＸのゲインを高ゲインＧｎＨに戻して、一次判定をやり直す。

照射検出部５１は、二次判定において判定結果が確定されると、制御部４６に照射開始を検出したことを表す検出信号を送る。制御部４６は、検出信号を受けると、照射検出領域５６の出力信号の読み出しを停止して、画素ＰＸのリセットを行わずに信号電荷蓄積動作を開始する。そして、並行して照射終了検出動作を開始する。

また、照射検出部５１ｃは、照射開始を検出した時点における信号値ＳＶと、その信号値ＳＶを読み出した照射検出領域５６の位置情報とを内部メモリに記憶する。後述するように、内部メモリに記憶した信号値ＳＶと位置情報は照射検出終了動作で使用される。

図６において、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ａ）及び（Ｂ）と同じであり、それぞれＸ線の強度変化のプロファイルと、電荷蓄積量の経時変化のプロファイルを示す。照射終了検出動作においては、出力信号の信号値ＳＶに基づいて、照射が完全に停止してＸ線の強度がゼロになったことを検出する。図６（Ｂ）に示すように、電荷蓄積量は、Ｘ線の強度の下降に対応して、Ｘ線源１３が停止指令を受ける時刻ｔ３からは増加率が減少を開始するが、Ｘ線の強度がゼロになる時刻ｔ４まで緩やかに増加を続ける。時刻ｔ４以後においては電荷蓄積量は増加せずに一定となる。

照射終了検出動作においては、まず、照射検出部５１は、照射開始検出の検出結果に基づいて、照射終了検出において使用する照射検出領域５６と、ゲインの初期値を設定する。具体的には、照射開始検出動作において、照射検出部５１の内部メモリに記憶した位置情報に基づいて照射終了検出動作に使用する照射検出領域５６を決定する。照射開始検出において信号値ＳＶがいち早く上昇する領域は、撮像領域３６ａ内において被検体Ｈを透過せずに直接Ｘ線が入射するいわゆる素抜け領域と考えられる。素抜け領域は被検体ＨによるＸ線の減衰が少ないため、照射開始検出ばかりでなく、照射終了検出においても適している。そのため、照射検出部５１は、照射開始検出時の照射検出領域５６の位置情報を記憶して、それに対応する照射検出領域５６を照射終了検出に使用する。

また、照射検出部５１は、照射検出部５１の内部メモリに記憶した信号値ＳＶに基づいて、ゲインの初期値Ｇｎ１を設定する。信号値ＳＶは、Ｘ線の照射開始初期の段階の信号値ＳＶではあるが、その大きさに基づいておおよそのＸ線の強度のピークを予測することができる。Ｘ線の強度のピークが分かれば、照射終了検出において、出力信号が飽和しない範囲の高い値にゲインの初期値を設定することができる。照射検出部５１は制御部４６を通じて照射検出領域５６と、その照射検出領域５６内の画素ＰＸのゲインの初期値を設定する。

このように照射終了検出において、照射検出部５１は、照射開始検出の検出結果に基づいて、照射検出領域５６とゲインの初期値Ｇｎ１について初期設定を行う。初期設定終了後、制御部４６は、照射検出領域５６内の画素ＰＸから所定のサンプリングレートで出力信号の読み出しを開始する。

図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４以後においては電荷蓄積量は増加せずに一定となる。図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、照射判定部５１ｃは、同一のゲインＧｎ１で連続して読み出される２つの出力信号の信号値ＳＶを比較して、暗電流ノイズに起因する増加分を除いて、信号値ＳＶがほぼ一定になったか否かを判定する。信号値ＳＶがほぼ一定となった場合には、出力信号が飽和していないかを調べる。ゲインの初期値Ｇｎ１は、照射開始検出の結果に基づいて予測された値であるので、予測を上回って出力信号が飽和する場合もある。そのため、照射検出部５１は、図６（Ｃ）のゲインＧｎ１で読み出した信号値ＳＶに示すように、出力信号が飽和している場合には、ゲイン設定部５１ｂ及び制御部４６を通じてゲインの値を一段階下げて、ゲインＧｎ２に変更する。

ゲインＧｎ２に変更した後、照射判定部５１ｃは、同一のゲインＧｎ２で連続して読み出される２つの出力信号の信号値ＳＶを比較して、信号値ＳＶがほぼ一定になったか否かを判定する。ゲインＧｎ２で読み出した出力信号も飽和した場合には、図６（Ｄ）に示すようにさらにゲインＧｎ３、Ｇｎ４と段階的に下げていく。そして、図６（Ｄ）のゲインＧｎ４の信号値ＳＶのように、出力信号が飽和していない状態で、信号値ＳＶがほぼ一定となった場合には、照射判定部５１ｃは、照射終了と判定する。照射検出部５１は、照射判定部５１ｃが照射終了と判定した場合には、制御部４６に照射終了を検出したことを表す検出信号を送る。制御部４６は、検出信号を受けると画像読み出し動作を開始する。

上記構成による作用について、図７〜図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。被検体Ｈの撮影を行う際には、電子カセッテ２１がセットされた撮影台２２の高さ調節などにより被検体Ｈの撮影部位と電子カセッテ２１との相対位置のポジショニングや、撮影条件の設定などの撮影準備作業が行われる。図７に示すように、撮影条件が設定されて、待機指示の入力を受け付けると（Ｓ１００）と、電子カセッテ２１のＦＰＤ２５は照射開始検出動作を開始する（Ｓ１１０）。撮影準備作業が終了後、照射スイッチ１５が押下されると、Ｘ線源１３はＸ線の照射を開始する。

図８に示すように、照射開始検出動作において、電子カセッテ２１の制御部４６は、撮像領域３６ａの全画素をリセットする（Ｓ１１１）。これにより画素ＰＸから暗電流ノイズによる電荷が掃き出される。電子カセッテ２１は、撮像領域３６ａ内に照射検出領域５６を設定し、照射検出領域５６内の全画素ＰＸのゲインの値を高ゲインＧｎＨに設定する（Ｓ１１２）。ゲインの設定後、電子カセッテ２１は、所定のサンプリングレートで各照射検出領域５６内の画素ＰＸからの出力信号の読み出しを開始する（Ｓ１１３）。

電子カセッテ２１は、照射検出部５１において、各照射検出領域５６の出力信号の信号値ＳＶと閾値Ｔｈを比較して、高ゲインＧｎＨによる一次判定を行う。電子カセッテ２１は、一次判定において、信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上になったか否かを監視する（Ｓ１１４）。信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上になった照射検出領域５６がある場合には（Ｓ１１４でＹ）、その照射検出領域５６のゲインを低ゲインＧｎＬに変更する（Ｓ１１５）。そして、照射検出部５１は、低ゲインＧｎＬで読み出した出力信号の信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上になったかを監視する二次判定を行う（Ｓ１１６）。

二次判定において、図５（Ｃ）に示すように、低ゲインＧｎＬで読み出した出力信号の信号値ＳＶが閾値未満の場合には、照射検出部５１は、一次判定が誤検出であると判定する。誤検出と判定した場合には（Ｓ１１６でＮ）、電子カセッテ２１は、Ｓ１１１に戻って撮像領域３６ａ内の全画素ＰＸをリセットして、各照射検出領域５６のゲインの値をすべて高ゲインＧｎＨに戻して（Ｓ１１２）、一次判定を再開する（Ｓ１１３〜Ｓ１１６）。

一方、図５（Ｄ）に示すように、低ゲインＧｎＬで読み出した出力信号の信号値ＳＶが閾値以上となった場合には（Ｓ１１６でＹ）、照射検出部５１は、一次判定の判定結果を確定して、照射が開始されたと判定する（Ｓ１１７）。照射検出部５１は照射開始を判定した最終的な信号値ＳＶと照射検出領域５６の位置情報を内部メモリに記憶する。照射検出部５１は、二次判定において照射が開始されたと判定すると、照射開始を検出したことを表す検出信号を制御部４６に送る。電子カセッテ２１は、照射開始を検出すると、照射検出領域５６からの出力信号の読み出しを終了して、照射開始検出動作を終了する（Ｓ１１８）。

このように、電子カセッテ２１は、高ゲインＧｎＨで一次判定を行うため、電荷蓄積量が少ない段階でも大きな信号値ＳＶが得られるので、照射が開始されているにも関わらず、照射開始と判定しないという検出逃しを減らすことができる。また、高ゲインＧｎＨの場合と比べて、低ゲインＧｎＬの場合には、電荷蓄積量がある程度大きな値にならないと、信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上にならないので、低ゲインＧｎＬで二次判定を行うことで、照射開始の有無を正確に判定することができる。

また、一次判定においてＸ線の照射が開始されている場合には、次に信号値ＳＶが読み出されるまでの間に電荷蓄積量は大きく増加する。そうすると、一次判定後に高ゲインＧｎＨで出力信号を読み出すと、信号値ＳＶはすぐに上限値ＳＴに達して飽和してしまう。飽和すると、信号値が増加しているか否かといった判定は不能となる。電子カセッテ２１は、一次判定後、低ゲインＧｎＬにすることで、このような判定不能の事態も回避することができる。このため、電子カセッテ２１は、従来と比較して、迅速、正確に照射開始を検出することができる。

また、電子カセッテ２１は、非破壊読み出し方式のＦＰＤ２５を使用しており、二次判定において、照射開始と判定した場合には、画素ＰＸのリセットを行わないので、一次判定から二次判定までの間に照射されたＸ線も無駄にならない。

図７において、電子カセッテ２１は照射開始検出動作を終了すると、蓄積動作を開始する（Ｓ１２０）。そして、蓄積動作と並行して照射終了検出動作を開始する（Ｓ１３０）。

図９に示すように、照射終了検出動作において、電子カセッテ２１は、照射開始検出動作の検出結果に基づいて初期設定を行う。初期設定において、照射検出部５１は、内部メモリに記憶した照射検出領域５６の情報と信号値ＳＶに基づいて、制御部４６を通じて照射終了検出動作において使用する照射検出領域５６とゲインの初期値Ｇｎ１を設定する（Ｓ１３１）。こうすることで、素抜け領域と考えられる照射検出領域５６を設定できるとともに、飽和しないと予測される範囲でゲインの初期値Ｇｎ１を高めに設定することができる。

初期設定後、電子カセッテ２１は、所定のサンプリングレートで設定された照射検出領域５６内の画素ＰＸからの出力信号の読み出しを開始する（Ｓ１３２）。電子カセッテ２１は、照射判定部５１ｃにおいて、連続して読み出される２つの出力信号の信号値ＳＶがほぼ一定になったかを監視する（Ｓ１３３）。図６（Ｃ）に示すように、ゲインＧｎ１の信号値ＳＶのように信号値ＳＶが一定の場合には、出力信号が飽和しているか否かを調べる（Ｓ１３４）。電子カセッテ２１は、出力信号が飽和している場合には（Ｓ１３４でＹ）、ゲインＧｎ１を一段階下げてゲインＧｎ２に変更する（Ｓ１３５）。そして、Ｓ１３３に戻って、信号値ＳＶが一定になったかを監視する。図６（Ｄ）に示すように、信号値ＳＶが一定で飽和もしていないと判定された場合には（Ｓ１３４でＮ）、照射判定部５１ｃは、照射が終了したと判定する（Ｓ１３６）。照射検出部５１は、制御部４６に対して照射終了を検出したことを表す検出信号を送る。制御部４６は照射検出領域５６からの出力信号の読み出しを終了し（Ｓ１３７）、撮像領域３６ａ内の全画素ＰＸのゲインを画像読み出し用のゲインの値に設定する（Ｓ１３８）。

このように、照射終了検出においては、ゲインの初期値として高めのゲインを設定して、出力信号が飽和した場合には段階的にゲインの値を下げていくため、比較的大きな値（Ｓ／Ｎ比が高い状態）で信号値ＳＶが一定となったか否かを判定できる。このため、Ｘ線の照射が完全に停止してＸ線の強度がゼロになるところを、迅速かつ正確に判定することができる。これにより、Ｘ線画像に反映されない無駄なＸ線を減らすことができる。また、Ｘ線の強度がゼロになった以後に発生する暗電流ノイズも減らせる。

図７において、電子カセッテ２１は、照射検出動作が終了すると、画像読み出し動作を実行して、１画面分のＸ線画像を読み出す（Ｓ１４０）。Ｘ線画像は通信部５２からコンソール２４に送信される。次の撮影がある場合は、Ｓ１００に戻り、上記手順を繰り返す。次の撮影が無い場合は終了する（Ｓ１５０）。Ｘ線画像は、照射されたＸ線が無駄なく反映されたものであるため、良好な画質が確保される。また、本発明では、照射されたＸ線を無駄なく反映できるため、撮影条件において予め設定される照射線量を少なめに設定できるので、被検体Ｈの被曝量の低減にも寄与する。

本例では、照射開始検出動作において、一次判定で閾値Ｔｈ以上となった１つの照射検出領域５６の信号値ＳＶに対して二次判定を行って照射開始を検出しているが、より正確性を重視する場合には、例えば、二箇所以上の照射検出領域５６の信号値ＳＶに基づいて二次判定までの判断を行って、二箇所以上で二次判定を通過した場合に照射開始を検出してもよい。このように照射開始判定に時間を掛けても、リセットが行われない限り画素ＰＸの信号電荷は保持されるのでＸ線の無駄もない。

また、一次判定において、高ゲインＧｎＨで１回読み出した出力信号の信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上になったときに一次判定を通過させて二次判定を行っているが、より正確性を重視する場合には、例えば、高ゲインＧｎＨの信号値ＳＶが複数回連続して閾値Ｔｈ以上になったときに一次判定を通過させて二次判定を行うようにしてもよい。

また、照射終了検出動作において、照射開始検出の結果を基に、素抜け領域と考えられる照射検出領域５６を照射終了検出に使用する例で説明したが、素抜け領域ではなく、被検体Ｈが位置する照射検出領域５６を照射終了検出に使用してもよい。被検体Ｈが位置する領域ではＸ線の減衰があるため、Ｘ線の入射量は少ない。そのため、電荷蓄積量も相対的に少ないので、素抜け領域と比べて、ゲインの値を高く設定することができる。出力信号を飽和させないということ及びゲインを段階的に下げる回数を減らすということを重視する場合には、被検体Ｈが位置する領域を照射終了検出時の照射検出領域５６とするのがよい。

この場合には、照射開始検出動作中に、照射検出部５１は、例えば、信号値ＳＶが閾値Ｔｈ未満の領域や閾値Ｔｈに達するのに時間がかかる照射検出領域５６を調べることにより、被検体Ｈが位置すると考えられる照射検出領域５６を特定して、その位置情報と信号値ＳＶを内部メモリに記憶する。そして、照射終了動作を開始する際にその位置情報と信号値ＳＶに基づいて照射検出領域５６とゲインの初期設定を行う。

また、本例においては、照射開始検出の際に初期値として設定される高ゲインＧｎＨの値については、撮影条件に関わらず一定としているが、撮影条件に含まれる照射線量（管電流や照射時間で規定される）に基づいて、高ゲインＧｎＨの値を変更してもよい。

この場合には、ゲイン設定部５１ｂは、制御部４６が受け付けた撮影条件から管電流及び照射時間を読み出して、読み出した管電流及び照射時間に基づいて、高ゲインＧｎＨの値を設定する。高ゲインＧｎＨの値の算出に際しては、予め内部メモリに格納される、管電流及び照射時間とゲインの値との対応関係を表す関数式やテーブルデータを用いた演算や参照によって行われる。

ゲイン設定部５１ｂは、例えば、照射線量が多いほど、高ゲインＧｎＨの値が低くなるように設定する。照射線量が多いほど、電荷蓄積量も多くなるので、ゲインを低くしても信号値ＳＶとして比較的大きな値が得られるからである。また、照射線量が多いほど、信号値ＳＶの飽和の懸念も大きくなるため、ゲインを低くすることで飽和を抑制する効果がある。

なお、ゲイン設定部５１ｂは、管電流と照射時間の積（ｍＡｓ値と呼ばれる）である総線量に基づいて高ゲインＧｎＨの値を設定してもよいし、単位時間当たりの線量を規定する管電流のみに基づいて設定してもよい。

また、高ゲインＧｎＨの値に加えて又はそれに代えて低ゲインＧｎＬの値も、照射線量に応じて設定してもよい。低ゲインＧｎＬについても、高ゲインＧｎＨの場合について説明したとおりの効果が期待できる。

さらに、照射終了検出の際のゲインの初期値について、照射開始検出の結果を基に設定する例について説明したが、照射開始検出の結果を利用しない場合には、照射終了検出の際に初期値として設定されるゲインＧｎ１の値を、撮影条件に含まれる照射線量に応じて設定してもよい。この場合も、照射開始検出の際の高ゲインＧｎＨの場合について説明したとおりの効果が期待できる。

また、本例では、照射開始検出動作において、撮像領域３６ａ内の複数箇所に照射検出領域５６を最初に設定し、各照射検出領域５６の信号値ＳＶに基づいて照射開始検出を行う例で説明したが、図１０に示すように、撮像領域３６ａの全域を、照射検出領域５６としてもよい。

この場合には、照射検出部５１は、照射開始検出動作において、撮像領域３６ａの全画素ＰＸの出力信号を読み出し、それらの信号値ＳＶと閾値Ｔｈを比較する。閾値Ｔｈと比較する信号値ＳＶは、画素ＰＸ毎の信号値ＳＶでもよいし、隣接する複数の画素ＰＸ（例えば３×３の合計９個の画素ＰＸ）の信号値ＳＶの平均値や中間値を閾値Ｔｈと比較する信号値ＳＶとしてもよい。

そして、照射終了検出においては、照射開始と最終的に判定した信号値ＳＶを出力した画素ＰＸの位置を基準として、照射終了検出に使用する照射検出領域５６を設定する。例えば、照射開始と最終的に判定した信号値ＳＶを出力した画素ＰＸが画素ＰＸ２２の場合には、その画素ＰＸ２２を中心とする領域５９を照射終了検出に使用する照射検出領域５６として設定する。

電子カセッテ２１は可搬型であるため、撮影台２２を使用しないで使用する場合も多い。手や足などの四肢撮影などを行う場合には、撮像領域３６ａの一部のみを照射領域として使用する場合もある。照射領域はＸ線源１３の照射野限定器１３ｂで設定される。照射領域の位置やサイズは、被検体Ｈの姿勢や撮影部位の大きさに応じて変わるため、撮像領域３６ａ内で一定しない。図１０に示すように撮像領域３６ａの全域を照射検出領域５６として設定する方法は、こうした使われ方をする電子カセッテ２１に対しては非常に有効である。

また、画素ＰＸ内のアンプＡＰを可変ゲインアンプとして構成する代わりに、図１１に示すように、出力線３８の後段、Ａ／Ｄ変換器４８の前段に、可変ゲインアンプ６０を設けてもよい。この場合には、水平走査回路４２と画素ＰＸのアンプＡＰに接続されるゲイン制御線ＧＣが不要になる。それ以外の構成は上記例と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

［第２実施形態］
第１実施形態は、照射開始検出において、設定した照射検出領域５６の全画素ＰＸを、一次判定のときには高ゲインＧｎＨに、二次判定のときにはその照射検出領域５６内の全画素ＰＸを低ゲインＧｎＬに変更する例で説明したが、図１２に示す第２実施形態のように、１つの照射検出領域５６内に、高ゲインＧｎＨに設定される高感度領域５６ａと、低ゲインＧｎＬに設定される低感度領域５６ｂ（ハッチングで示す）を設けてもよい。高感度領域５６ａと低感度領域５６ｂは、照射開始検出動作中において、ゲインの値は変更されない。第２実施形態は、照射検出領域５６が高感度領域５６ａと低感度領域５６ｂに分かれている点を除いて第１実施形態と同様であるので、共通部分については説明を省略して、相違点についてのみ説明する。

図１３のフローチャートに示すように、第２実施形態の電子カセッテ２１は、照射開始検出動作において、照射検出領域５６の設定に加えて、各照射検出領域５６内において高感度領域５６ａと低感度領域５６ｂを設定し、それぞれのゲインの値を高ゲインＧｎＨと低ゲインＧｎＬに設定する（Ｓ２１１）。設定後、第１実施形態のＳ１１１（図８参照）と同様に、撮像領域３６ａの全画素ＰＸをリセットして（Ｓ２１２）、さらに、第１実施形態のＳ１１３（図８参照）と同様に、所定のサンプリングレートで照射検出領域５６からの出力信号の読み出しを開始する（Ｓ２１３）。

そして、電子カセッテ２１は、照射検出部５１において、高感度領域５６ａから読み出した出力信号に基づいて一次判定を行い、高感度領域５６ａが出力する信号値ＳＶと閾値Ｔｈを比較する（Ｓ２１４）。閾値Ｔｈ以上の信号値ＳＶがあると判定した場合（Ｓ２１４でＹ）には、その信号値ＳＶを出力した高感度領域５６ａに対応する低感度領域５６ｂの信号値ＳＶを閾値Ｔｈと比較して二次判定を行う（Ｓ２１５）。

二次判定において、低感度領域５６ｂの信号値ＳＶが閾値Ｔｈ未満の場合には（Ｓ２１５でＮ）、Ｓ２１２に戻って撮像領域３６ａの全画素ＰＸをリセットして、一次判定を再開する。低感度領域５６ｂの信号値ＳＶが閾値Ｔｈ以上である場合には（Ｓ２１５でＹ）、照射開始と判定する（Ｓ２１６）。照射検出部５１は、出力信号の読み出しを終了して（Ｓ２１７）、制御部４６に照射が開始されたことを表す照射検出信号を送信する。電子カセッテ２１は、照射検出動作を終了して、第１実施形態の図７に示す同様の手順で、蓄積動作や画像読み出し動作を実行する。

第２実施形態のように、１つの照射検出領域５６を高感度領域５６ａと低感度領域５６ｂに分けることで、ほぼ同時に出力される出力信号に基づいて一次判定及び二次判定を行うことができる。

第１実施形態及び第２実施形態において、高低の２種類のゲインで読み出した２種類の出力信号に基づいて照射開始を検出する例で説明したが、高ゲイン、中ゲイン、低ゲインというようにゲインの値が異なる３種類以上のゲインで読み出した出力信号を用いてもよい。３種類以上のゲインの場合には、高ゲインと中ゲインで一次判定を行い、低ゲインで二次判定を行う、あるいは、高ゲインで一次判定を行い、中ゲインと低ゲインで二次判定を行うというように、一次判定と二次判定の少なくとも一方を２種類以上のゲインで行う。あるいは、照射終了検出において示したように、照射開始検出においても、出力信号が飽和した場合には高ゲインから中ゲインというように段階的にゲインを下げてもよい。これらは照射開始検出の正確性を重視する程度に応じて適宜変更される。

また、上記実施形態では、照射開始検出において、信号値ＳＶと比較する閾値Ｔｈを一次判定と二次判定のどちらも同じ閾値Ｔｈを使用する例で説明したが、一次判定と二次判定の閾値Ｔｈを別の値に設定してもよい。例えば、二次判定におけるゲインＧｎＬに比べて一次判定におけるゲインＧｎＨの方が高いため、信号値ＳＶも大きな値になる。そのため、一次判定の閾値Ｔｈを、二次判定の閾値Ｔｈよりも上げる。また、特許文献１に記載されているように、閾値Ｔｈと比較する信号値ＳＶを、連続して読み出される２回の出力信号の差としてもよい。また、照射開始と照射終了の検出を両方行う例で説明したが一方だけ検出するのでもよい。

さらに、信号値ＳＶを、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号とした後で閾値Ｔｈと比較した例で説明したが、例えば、基準電圧と入力電圧の比較結果を出力するコンパレータを使用して、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号のまま信号値ＳＶと閾値Ｔｈを比較してもよい。

上記実施形態は１例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ＣＭＯＳ型のＦＰＤを使用した例で説明したが、非破壊読み出しが可能なものであれば、ガラス基板上にＴＦＴを含む画素が形成されたＴＦＴマトリックス基板を使用するものなど、ＣＭＯＳ型以外のものでもよい。また、シンチレータでＸ線をいったん可視光に変換する間接変換型のＦＰＤを例に使用したが、Ｘ線を直接電気信号に変換する直接変換型のＦＰＤでもよい。

また、上記各実施形態では、Ｘ線画像検出装置である電子カセッテと、撮影制御装置及びコンソールをそれぞれ別体で構成した例で説明したが、撮影制御装置の機能を電子カセッテに内蔵したり、撮影制御装置に加えてコンソールの機能を電子カセッテに内蔵する等、電子カセッテと、撮影制御装置やコンソールを一体化してもよい。

また、Ｘ線画像検出装置は、電子カセッテに限らず、ＦＰＤが撮影台に内蔵された据え置き型のものでもよい。

また、本発明は、Ｘ線に限らず、γ線等の他の放射線を使用する放射線撮影システムにも適用することができる。

１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線発生装置
１２ Ｘ線撮影装置
１３ Ｘ線源
１４ 線源制御装置
２１ 電子カセッテ
２３ 撮影制御装置
２４ コンソール
２５ ＦＰＤ
３６ 画像検出パネル
３６ａ 撮像領域
ＰＸ 画素
ＡＰ アンプ
４６ 制御部
５１ 照射検出部
５１ａ 領域設定部
５１ｂ ゲイン設定部
５６ 照射検出領域
５６ａ 高感度領域
５６ｂ 低感度領域
６０ 可変ゲインアンプ

Claims (18)

1. 放射線源から照射され被検体を透過した放射線を受けて放射線画像を検出する画像検出パネルであり、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域を有する画像検出パネルと、
   前記放射線の照射が開始されたことを検出するための照射検出領域であり、前記画素を少なくとも１つ含み前記撮像領域内に設定された照射検出領域と、
   前記照射検出領域内の前記画素から、前記画素に前記信号電荷を保持した状態で前記信号電荷に応じた出力信号を読み出す出力信号読み出し部と、
   前記出力信号の信号値に基づいて、前記照射の開始を検出する照射検出部と、
   前記出力信号を読み出す際の増幅率であるゲインを、第１ゲインと前記第１ゲインよりも前記ゲインの値が相対的に低い第２ゲインの少なくとも２種類のゲインに変更可能なゲイン設定部とを備えており、
   前記照射検出部は、少なくとも前記第１ゲイン及び前記第２ゲインで読み出した２種類以上の前記出力信号の信号値に基づいて、前記照射が開始されたか否かを判定する照射判定部を有する、ことを特徴とする放射線画像検出装置。
2. 前記照射判定部は、前記第１ゲインで読み出された前記出力信号の信号値が予め設定された閾値以上か否かの一次判定を行い、一次判定において前記信号値が閾値以上であると判定された場合には、前記第２ゲインで読み出された前記出力信号の信号値に基づいて二次判定を行うことを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出装置。
3. 前記照射判定部は、前記二次判定において、前記第２ゲインで読み出された前記信号値が前記閾値以上か否かの判定を行って、判定結果が肯定の場合に前記照射が開始されたと判定することを特徴とする請求項２記載の放射線画像検出装置。
4. 前記出力信号読み出し部は、前記照射検出領域から前記第１ゲインで前記出力信号を読み出し、前記第１ゲインの読み出し後に、前記ゲイン設定部によって同じ照射検出領域のゲインを前記第２ゲインに変更して、前記第２ゲインの前記出力信号を読み出すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
5. 前記照射検出領域は、前記ゲイン設定部によって、前記ゲインが前記第１ゲインに設定された高感度領域と、前記第２ゲインに設定された低感度領域の少なくとも２つの領域を有しており、
   前記出力信号読み出し部は、前記高感度領域と前記低感度領域からそれぞれ前記第１ゲインと前記第２ゲインの２種類の前記出力信号を読み出すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
6. 前記照射検出領域を前記撮像領域内の任意の箇所に設定可能な領域設定部を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
7. 前記領域設定部は、前記撮像領域内の複数箇所に前記照射検出領域を設定可能であることを特徴とする請求項６記載の放射線画像検出装置。
8. 前記領域設定部は、前記撮像領域の全域に前記照射検出領域を設定可能であることを特徴とする請求項６又は７記載の放射線画像検出装置。
9. 前記放射線源が照射する照射線量、前記被検体の撮影部位のうち少なくとも１つを含む撮影条件の入力を受け付ける撮影条件受付部を備えていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
10. 前記領域設定部は、前記撮影条件に含まれる前記撮影部位に基づいて、前記照射検出領域を設定することを特徴とする請求項９記載の放射線画像検出装置。
11. 前記ゲイン設定部は、前記出力信号の信号値が飽和している場合には、前記ゲインの値を段階的に下げることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
12. 前記照射検出部は、さらに、前記照射の終了を検出することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
13. 前記照射検出部は、同一のゲインで連続して複数回読み出した前記出力信号の信号値がほぼ一定になったときに前記照射が終了したと判定することを特徴とする請求項１２記載の放射線画像検出装置。
14. 前記照射検出部は、前記照射の開始及び終了の両方を検出することを特徴とする請求項１２又は１３記載の放射線画像検出装置。
15. 前記ゲイン設定部は、前記照射検出部が前記照射の開始を検出したときの結果に基づいて、前記照射の終了を検出する際の前記照射検出領域と前記ゲインの初期値の少なくとも一方を初期設定することを特徴とする請求項１４記載の放射線画像検出装置。
16. 前記画像検出パネルは、前記画素に前記信号電荷を保持したままＸ線画像の読み取りが可能なＣＭＯＳ型であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
17. 前記画像検出パネルが可搬型の筐体に収容された電子カセッテであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の放射線画像検出装置。
18. 放射線源から照射され被検体を透過した放射線を受けて放射線画像を検出可能な画像検出パネルであり、放射線の入射量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素が行及び列の二次元に配列された撮像領域を有し、前記画素に前記信号電荷を保持したまま前記信号電荷に応じた出力信号を読み出し可能な画像検出パネルを用い、前記放射線の照射が開始されたことを検出する照射検出方法において、
    前記画素を少なくとも１つ含み、前記放射線の照射が開始されたことを検出するために前記撮像領域内に設定された照射検出領域において、前記画素から前記出力信号を読み出す出力信号読み出しステップと、
    前記出力信号の信号値に基づいて、前記照射の開始を検出する照射検出ステップと、
    前記照射検出ステップにおいて、前記出力信号を読み出す際の増幅率であるゲインを、第１ゲインと前記第１ゲインよりも前記ゲインの値が相対的に低い第２ゲインの少なくとも２種類のゲインに変更するゲイン設定ステップとを備えており、
    さらに、前記照射検出ステップは、少なくとも前記第１ゲイン及び前記第２ゲインで読み出した２種類以上の前記出力信号の信号値に基づいて、前記照射が開始されたか否かを判定する照射判定ステップを有する、ことを特徴とする放射線画像検出装置に用いられる照射検出方法。

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