JP2002341044A

JP2002341044A - 放射線検査装置

Info

Publication number: JP2002341044A
Application number: JP2001145150A
Authority: JP
Inventors: Naoto Watanabe; 直人渡邊; Seiichiro Nagai; 清一郎永井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、放射線平面検出器の温度分
布の均一性を高めること、および温度制御機能の停止を
回避できる放射線検査装置を提供することにある。【解決手段】本発明に係る放射線検査装置は、入射放射
線を電気信号に変換する放射線平面検出器２０と、放射
線平面検出器の背面に離散的に配置された第１の吸熱／
発熱素子４Ａと、放射線平面検出器の背面に離散的に配
置された第２の吸熱／発熱素子４Ｂと、第１、第２の吸
熱／発熱素子４Ａ，４Ｂに対して個別に動作を制御する
コントローラ２Ａ，２Ｂとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用の非破壊検
査装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置やＸ線診断装置
等の医用診断装置に用いられる放射線検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】放射線検査装置は、例えば医用Ｘ線診断
装置では、透視画像を収集するために、Ｘ線検出部とし
て、被検者を透過したＸ線情報を、イメージ・インテン
シファイヤ（以下、Ｉ．Ｉ．と称す）で光学情報に変換
し、この光学情報を光学レンズで集光してＴＶカメラに
取り込み、電気信号に変換する構成が一般的である。ま
た、撮影像を得るためには従来フィルムが用いられてい
る。

【０００３】このような放射線検査装置においては、よ
り微細な欠陥や病変を検出したいという強いニーズがあ
る。近年、この要求に応える新しい放射線平面検出器と
して半導体技術を駆使した放射線平面検出器が開発され
ている。この放射線平面検出器は、高解像度であるばか
りでなく、Ｉ．Ｉ．のように画像歪もなく、また、軽量
コンパクトであることから従来のＩ．Ｉ．やフィルムに
置き換わる検出器としてその期待が高まっている。

【０００４】前述の放射線平面検出器は、入射放射線を
電気信号に変換するための半導体素子の他に、その出力
を増幅するためのプリアンプやアナログディジタルコン
バータ等の多くの電気回路を装備しており、稼動時はこ
れが発熱することにより、放射線検出感度特性を低下さ
せ、その結果、安定した画質で画像が得られないという
問題がある。また、これを防止するために冷却装置を設
けたとしても、その検出器の面内温度分布が均一になら
ないと感度ムラが生じ、この画質が低下してしまう。

【０００５】また、例えば冷却素子自体または電源供給
系統が壊れて冷却機能が停止状態になった場合、検出器
の温度が上昇して検出器の感度特性が低下し、有用な検
査画像／臨床上有用な画像が突然撮れなくなるという事
態も起こりえる。

【０００６】また、非稼動時は設置された環境によっ
て、放射線平面検出器温度も低くなる場合があるが、こ
の検出器はある温度以下で壊れる可能性があり、これを
防止するため加熱する手段も有する必要がある。このよ
うに加熱手段は非稼動時のみ必要となるが、電源供給系
統が故障して暴走することもあるかもしれない。フルパ
ワーで冷却または加熱が行われた場合、検出器の臨界温
度を超えて検出器自体が破壊される危険性もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放射
線平面検出器の温度分布の均一性を高めること、および
温度制御機能の停止を回避できる放射線検査装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放射線検査
装置は、入射放射線を電気信号に変換する放射線平面検
出器と、前記放射線平面検出器の背面に離散的に配置さ
れた吸熱と発熱の少なくとも一方で動作する第１の吸熱
／発熱素子と、前記放射線平面検出器の背面に離散的に
配置された吸熱と発熱の少なくとも一方で動作する第２
の吸熱／発熱素子と、前記第１、第２の吸熱／発熱素子
に対して個別に動作制御を行う制御系とを具備する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る放射線検査装置を好ましい実施形態により説明する。
まず、放射線検査装置は、入射放射線を電気信号に変換
することを主目的とする装置であり、典型的には、工業
用の非破壊検査装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置や
Ｘ線診断装置等の医用診断装置に装備される装置であ
る。放射線検査装置は、放射線検出器を有している。最
近の放射線検出器の多くは、温度変化に比較的敏感な半
導体素子で構成される。そのため、放射線検査装置で
は、放射線検出器の温度を制御することが必須とされ
る。本発明は、この温度制御に関する。

【００１０】本実施形態装置の最大の特徴は、放射線平
面検出器に対して複数の冷却／加熱素子を離散的に設け
たこと、及び複数の冷却／加熱素子に対して個別に又は
グループ単位で電源供給系統を別系統で設けたことにあ
る。前者により放射線平面検出器の温度分布の均一性を
高めることが可能になり、また後者により、一つの冷却
／加熱素子又は電源供給系統が異常故障を起こしても、
それによる検出器に対する温度制御機能低下を、他の正
常な電源供給系統及びそれに接続されている冷却／加熱
素子の出力を高くすることで、完全ではないにしてもあ
る程度は補償して、放射線感度特性を一定以上に維持す
る又はその維持期間を延長することが可能になる。

【００１１】図１、図２は、本発明の実施形態に係る放
射線検査装置の温度制御部分の構成を示している。この
例では、２つの温度制御システムＡ，Ｂが装備され、こ
れら２つの温度制御システムＡ，Ｂそれぞれの動作状態
を例えば電源３と素子４と間の電流値により個別に監視
器７で監視する。この監視結果は、表示器８により表示
される。

【００１２】温度制御システムＡは、放射線平面検出器
の温度を測定するための温度センサ１Ａを有する。温度
センサ１Ａは、放射線平面検出器の筐体表面、または検
出特性に影響を与える部品、つまり放射線を電気又は光
に変換する半導体放射線検出素子又はシンチレータ素子
そのものに取り付けられる。半導体放射線検出素子又は
シンチレータ素子は、典型的には矩形の受像面と同サイ
ズまたはそれ以上の大きさにアレイ又は光学的に分離さ
れている。温度センサ１Ａは１個でもよいし、複数個を
離散的に配置するようにしてもよい。複数個設ける場合
は、最も温度の高い（または低い）センサ値を読み取っ
てもよいし、または複数個のセンサ値を平均するなどあ
る計算式に基づき算出した温度値を用いてもよい。

【００１３】温度センサ１Ａで検出した温度値はコント
ローラ２Ａに送られる。コントローラ２Ａには、予め冷
却温度値（冷却を開始する温度設定値）と加熱温度値
（加熱を開始する温度設定値）が与えられている。コン
トローラ２Ａは、温度センサ１Ａから送られてきた温度
値が冷却温度値より高いとき、オープンになっていたリ
レースイッチＲ１を閉じる（このとき、Ｒ２はオープ
ン）。これにより、冷却／加熱素子４Ａに電源３Ａから
電流が順方向に供給され、冷却動作が開始される。ま
た、ファン５も回転し、効率的に検出器は冷却される。
また、コントローラ２Ａは、温度センサ１Ａから送られ
てきた温度値が冷却温度値より小さくなると、リレース
イッチＲ１をオープンに切り替え、冷却動作を停止す
る。

【００１４】冷却／加熱素子４Ａとして、好ましくはペ
ルチェ素子が用いられる。ペルチェ素子は、周知のとお
り、順方向電流供給を受けて、表面で吸熱、背面で放熱
作用を起こし、逆方向電流供給を受けると、表面で放
熱、背面で吸熱作用を起こす。そして、ペルチェ素子の
能力を効率よく引き出すためにファン５Ａによりペルチ
ェ素子の背面に風を吹き付ける。なお、ファン５ＡのＯ
Ｎ／ＯＦＦは冷却／加熱素子４Ａの動作に必ずしも連動
している必要はなく、常時動作するように制御してもよ
い。

【００１５】温度センサ１Ａから送られてきた温度値が
加熱温度値より小さいとき、オープンになっていたリレ
ースイッチＲ２が閉じて（このときＲ１はオープン）、
ペルチェ素子４Ａに冷却の時とは逆向きの電流が流れ、
それにより加熱動作が開始される。このときもファン５
は動作し、効率的に検出器は加熱される。その結果、温
度センサ１Ａから送られてきた温度値が加熱温度値より
大きくなるとリレースイッチＲ２がオープンとなり、加
熱動作が停止する。温度センサ１Ａから送られてきた温
度値が冷却温度値と加熱温度値の間にある時は、冷却／
加熱素子４Ａは動作しない。

【００１６】コントローラ２Ａ又は電源３Ａが故障し、
システムＡが暴走した場合、冷却又は加熱動作が停止で
きず、過冷却又は過熱状態に陥る可能性がゼロではな
い。このとき、検出器温度は下降又は上昇を続け、結果
として検出器自体が壊れて二度と使えなくなってしまう
可能性もある。これを回避するために、電源３Ａと冷却
／加熱素子４Ａの間にバイメタルで実装される遮断器６
Ａを挿入し、検出器破壊が起きる低温又は高温リミット
を下回る又は越えたとき、バイメタル６Ａが電源３Ａか
ら冷却／加熱素子４Ａを離脱し、冷却又は加熱動作を強
制的に停止させる。図２には、冷却／加熱でバイメタル
６Ａを共用しているが、過冷却回避用バイメタルと過熱
回避用バイメタルとを別々に設けるようにしてもよい。

【００１７】上述の説明では、第１の温度制御システム
１Ａの構成及び機能について説明した。第２の温度制御
システム１Ｂの構成及び機能は、第１の温度制御システ
ム１Ａのそれと同じであるので説明は省略する。

【００１８】図３には、冷却／加熱素子４Ａ，４Ｂの配
置を示している。通常、検出器２０の半導体放射線検出
素子又はシンチレータ素子は、矩形にアレイされてい
る。その対角線上に冷却／加熱素子４Ａ，４Ｂが離間し
て配置される。このような配置により、冷却／加熱素子
４Ａ，４Ｂにより検出器２０を比較的均一に冷却又は加
熱することができる。

【００１９】図４には、当該検査装置の部分断面図を示
す。半導体検出素子又はシンチレータ素子とフォトダイ
オードの２次元アレイ２１は、筐体２５内に収容され
る。この筐体２５の前面に放射線入射窓が開けられ、こ
こに炭素繊維強化プラスティック（ＣＦＲＰ）２６がは
め込まれている。ＣＦＲＰ２６を透過した放射線はＸ線
変換部材で電気信号に変えられ、ＴＡＢ（Tape Automat
ic Bonding）２４を介して、バイアス回路、電荷読出し
回路、プリアンプ２９等が集積された回路基板２２に導
かれる。回路基板２２は、素子アレイ２１の背面に熱伝
導率の比較的低いスペーサ２３を挟んで配置されてい
る。回路基板２２において、プリアンプ２９は最大の発
熱源であり、このプリアンプ２９に、熱伝導性シート２
７、アルミ製のヒートパイプ２８が取り付けられ、筐体
背面に導かれ、この熱をヒートパイプ２８に対応する筐
体２５の背面位置に取り付けた冷却／加熱素子４Ａで冷
却するようになっている。

【００２０】なお、上述では、温度センサ１Ａ，１Ｂは
２つのシステムＡ，Ｂのコントローラ２Ａ，２Ｂにそれ
ぞれ別々に接続されているが、温度センサ１Ａ，１Ｂの
出力をコントローラ２Ａ，２Ｂの両方に接続して温度セ
ンサ１Ａ，１Ｂを２つのシステムＡ，Ｂで共有するよう
にしてもよい。また、温度センサ１Ａ，１Ｂだけでな
く、コントローラ２Ａ，２Ｂを１つのコントローラとし
て電源３Ａ，３Ｂで共有するようにしてもよい。さらに
は、１台の電源を２つのシステムＡ，Ｂで共用するよう
にしてもよい。要するに、複数の冷却／加熱素子４Ａ，
４Ｂに対して個別に電源供給系統を設ける構成になって
いればよい。

【００２１】図５には、一方の温度制御システムＢがシ
ステムダウンして冷却／加熱能力を失ったときの監視器
７の制御による他方の温度制御システムＡの冷却／加熱
素子４Ａに供給される電流変化を示している。システム
ダウンは、素子４Ｂの故障、電源３Ｂの故障、素子４Ｂ
と電源３Ｂとの間の断線、リレースイッチＲ１，Ｒ２の
故障、コントローラ２Ｂの故障等の様々な原因により発
生する。このとき、監視器７は、他の正常なシステムＡ
のコントローラ２Ａに対して、冷却能力／加熱能力を高
くするために必要な制御信号を供給する。その制御信号
に従ってコントローラ２Ａは、電源３Ａを制御し、供給
電流を高くする。これにより、完全ではないにしてもあ
る程度は補償して、放射線感度特性を一定以上に維持す
る又はその維持期間を延長することを可能にする。

【００２２】なお、上述したように１つのシステムに対
して１つの冷却／加熱素子を設けることには限定され
ず、図６に示すように、システムＡに、複数、ここでは
２つの冷却／加熱素子４Ａａ、４Ａｂを装備し、それに
合わせてファン５Ａａ，５Ａｂも複数装備し、同様に、
システムＢにも、複数、ここでは２つの冷却／加熱素子
４Ｂａ、４Ｂｂを装備し、それに合わせてファン５Ｂ
ａ，５Ｂｂも複数装備するるようにしてもよい。特に、
冷却／加熱素子４Ａａ、４Ａｂの一方、ファン５Ａａ，
５Ａｂの一方が故障しても、他方の冷却／加熱機能はダ
ウンしないように、電源３Ａに対して、冷却／加熱素子
４Ａａ、４Ａｂ、ファン５Ａａ，５Ａｂをそれぞれ直列
ではなく、並列に配置している。システムＢについても
同様の配置になっている。

【００２３】図７に示すように、システムＡの冷却／加
熱素子４Ａａ、４Ａｂは、検出器２０の検出面の対角線
上に離間して配置される。同様に、システムＢの冷却／
加熱素子４Ｂａ、４Ｂｂも、検出器２０の検出面の他の
対角線上に離間して配置される。このように４つの素子
４Ａａ、４Ａｂ、４Ｂａ、４Ｂｂを離間して配置するこ
とで温度分布の均一性を向上させることが可能である。
また、システムＡの素子４Ａａ、４Ａｂと、システムＢ
の素子４Ｂａ、４Ｂｂを、同じシステムの素子どうしが
隣り合わないように、交互に配置することで、一方がシ
ステムダウンした場合でも、温度分布の偏りを極力抑え
ることができる。

【００２４】次に１つの温度制御システムＡ又はＢが故
障した場合の検出器２０の感度特性低下と、故障発生時
からの経過時間との関係を推定し、表示する機能につい
て説明する。図８はその機能実現のための構成を示し、
図９には温度センサ１Ａ，１Ｂにより検出された検出器
の温度値の経時的な変化を示している。図９において、
冷却温度値（冷却動作を開始する温度設定値）と、加熱
温度値（加熱動作を開始する温度設定値）は、検出素子
の感度特性が一定以上確保されえる温度範囲に基づいて
温度設定器９を介して予め設定されており、冷却温度値
以上になると冷却動作を行い、加熱温度値以上になると
加熱動作を行なう。

【００２５】また、高温リミットと低温リミットは、検
出素子の感度特性が画像収集不能に陥る程度まで低下す
る境界温度、又は破壊される臨界温度を示している。通
常動作ではあり得ないセンサ温度値を示した場合、すな
わち異常温度（高温または低温）に達したときは温度制
御システムＡ，Ｂの一部が故障またはダウンしたと判断
する。そして、ある一定時間前の温度値との差分から、
時間当たりの温度変化量を算出し、高温リミットまたは
低温リミットになるまでどれくらいの時間が掛かるかを
記録／算出器１０で推定する。

【００２６】図９のＡ点は異常温度（高温）に達した状
態を示し、Ｂ点はこの瞬間からΔｔ時間前の状態を示
す。尚、Δｔ１時間前とΔｔ２時間前の温度値から温度
変化曲線を推定し、リミットまでの時間を算出してもよ
い。そして、画像収集できなくなるまでの時間及びそれ
までの性能劣化（感度率）と時間の関係を以下の表１に
示すように、表示器８に表示する。

【００２７】

【表１】

【００２８】上述したように温度設定器９で冷却温度値
／加熱温度値、異常温度値（高温）／（低温）、高温リ
ミット／低温リミットの温度設定を可能とする。記録／
算出器１０で温度と時間の情報を記録し、また、温度制
御システムＡまたは温度制御システムＢがダウンした時
は、温度設定値および検出特性と温度のデータテーブル
１１の情報をもとに上記時間および性能低下を算出して
表示する。

【００２９】（変形例）本発明は、上述した実施形態に
限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、
開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせに
より種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示
される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても
よい。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、放射線平面検出器の温
度分布の均一性を高めること、および温度制御機能の停
止を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る放射線検査装置に装
備される温度制御装置のブロック図。

【図２】図１の温度制御システムの構成を示すブロック
図。

【図３】図２の冷却／加熱素子の配置を示す図。

【図４】本実施形態に係る放射線検査装置の部分断面
図。

【図５】本実施形態において、一方の温度制御システム
がシステムダウン（故障）したときの温度制御システム
の冷却／加熱素子に供給される電流変化を示す図。

【図６】図１の温度制御システムの他の構成を示すブロ
ック図。

【図７】図６の冷却／加熱素子の配置を示す図。

【図８】本実施形態の変形例による放射線検査装置の温
度制御装置のブロック図。

【図９】図８の記録／算出器による検出機能ダウンまで
の時間推定法を説明するための検出器の温度時間変化を
示す図。

【符号の説明】

Ａ…第１温度制御システム、Ｂ…第２温度制御システム、１Ａ，１Ｂ…温度センサ、２Ａ，２Ｂ…コントローラ、３Ａ，３Ｂ…電源、４Ａ，４Ｂ…冷却／加熱素子（ペルチェ素子）、５Ａ，５Ｂ…ファン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井清一郎東京都北区赤羽２丁目16番４号東芝医用システムエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 EE01 EE29 FF02 GG21 JJ05 JJ09 LL21 MM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射放射線を電気信号に変換する放射線
平面検出器と、前記放射線平面検出器の背面に離散的に配置された吸熱
と発熱の少なくとも一方で動作する第１の吸熱／発熱素
子と、前記放射線平面検出器の背面に離散的に配置された吸熱
と発熱の少なくとも一方で動作する第２の吸熱／発熱素
子と、前記第１、第２の吸熱／発熱素子に対して個別に動作制
御を行う制御系とを具備することを特徴とする放射線検
査装置。
【請求項２】前記第１の吸熱／発熱素子と前記第２の
吸熱／発熱素子とは前記放射線平面検出器上に交互に配
置されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検
査装置。
【請求項３】前記第１の吸熱／発熱素子は前記放射線
平面検出器上で対角に配置され、前記第２の吸熱／発熱
素子は前記放射線平面検出器上で他の対角に配置されて
いることを特徴とする請求項１記載の放射線検査装置。
【請求項４】前記放射線平面検出器の温度を測定する
温度センサをさらに備えることを特徴とする請求項１記
載の放射線検査装置。
【請求項５】前記制御系は、前記温度センサにより測
定された前記放射線平面検出器の温度に基づいて、前記
第１、第２の吸熱／発熱素子を個別に制御するコントロ
ーラをさらに備えることを特徴とする請求項４記載の放
射線検査装置。
【請求項６】前記温度センサにより測定された前記放
射線平面検出器の温度を表示する表示器をさらに備える
ことを特徴とする請求項４記載の放射線検査装置。
【請求項７】前記制御系は、前記第１、第２の吸熱／
発熱素子の電源供給状態を個別に監視し、一方の電源供
給状態に異常が生じたとき、他方の電源供給状態を変化
させることを特徴とする請求項１記載の放射線検査装
置。
【請求項８】前記第１、第２の吸熱／発熱素子の電源
供給状態を表示する表示器をさらに備えることを特徴と
する請求項７記載の放射線検査装置。
【請求項９】前記第１、第２の吸熱／発熱素子の一方
の温度又は電源供給状態に異常が生じたとき、異常発生
時点からの時間経過にともなう前記放射線平面検出器の
特性の低下率を推定する算出器と、前記推定した特性低
下率を表示する表示器とをさらに備えることを特徴とす
る請求項７記載の放射線検査装置。
【請求項１０】前記第１、第２の吸熱／発熱素子の一
方の温度又は電源供給状態に異常が生じたとき、異常発
生時点から前記放射線平面検出器の特性が所定レベルに
低下するまでの時間を推定する算出器と、前記推定した
時間を表示する表示器とをさらに備えることを特徴とす
る請求項７記載の放射線検査装置。
【請求項１１】前記放射線平面検出器の温度が上限値
又は下限値に達したとき、前記第１、第２の吸熱／発熱
素子を電源から遮断する遮断器をさらに備えることを特
徴とする請求項１記載の放射線検査装置。
【請求項１２】前記遮断器は、バイメタルであること
を特徴とする請求項１１記載の放射線検査装置。
【請求項１３】前記第１、第２の吸熱／発熱素子は、
ペルチェ素子であるることを特徴とする請求項１記載の
放射線検査装置。
【請求項１４】前記ペルチェ素子の背面を空冷するフ
ァンをさらに備えることを特徴とする請求項１３記載の
放射線検査装置。
【請求項１５】前記ペルチェ素子の背面に風を吹きつ
けるファンをさらに備えることを特徴とする請求項１３
記載の放射線検査装置。
【請求項１６】前記吸熱／発熱素子は、前記放射線平
面検出器の発熱源に直接又は間接的に接続されているこ
とを特徴とする請求項１記載の放射線検査装置。
【請求項１７】入射放射線を電気信号に変換する放射
線平面検出器と、前記放射線平面検出器の温度を制御するための第１の温
度制御システムと、前記第１の温度制御システムとは独立して、前記放射線
平面検出器の温度を制御するための第２の温度制御シス
テムとを具備することを特徴とする放射線検査装置。