JP2006135748A - 放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光体あるいは光電変換素子の応答特性に起因するアーチファクトすなわち残像による画質の劣化を防ぎ、透視やアンギオグラフィのように、高速の動画撮影に好適な放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影装置は、動作状態検出手段と残像補正手段を有することを特徴とする。さらに撮影条件検出手段は耐久時間、環境温度、Ｘ線エネルギー、センサバイアスなどの動作状態を検出し、検出された動作状態に応じて、予め定められたＬＵＴなどから最適な残像補正パラメータを決定し、画像出力を補正することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像撮影装置、特にＸ線などの放射線を電荷に変換して読み出す、放射線画像撮影装置に関するものである。詳しくは平面検出器を有し、透視やアンギオグラフィのような、動画の撮影に適した放射線画像撮影装置に関するものである。さらには平面検出器や蛍光体の応答特性に起因するアーチファクト、すなわち残像現象による画質の劣化を、補正可能な放射線画像撮影装置に関するものである。また環境温度、駆動時間（経時変化）、センサバイアス電圧、Ｘ線管電圧などによる応答特性の変化さえも補正可能な放射線画像撮影装置に関するものである。

以下で従来技術について図を用いて説明する。

図４は従来の放射線画像撮影装置の構成図であり、図５は従来の画像撮影装置の画素断面図である。図４および図５に示すように、従来の画像撮影装置はフォトダイオードと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなる画素を二次元に配列し、マトリクス駆動を行うエリアセンサを有している。本説明図では画素はアモルファスシリコンのＰＩＮ型フォトダイオードと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成されている。また画素の上にはＸ線を可視光に変換する蛍光体が設けられている。蛍光体にはガドリニウム系の材料やヨウ化セシウムなどが用いられる。各画素のフォトダイオードのカソード電極側には共通に電源からバイアス電圧が印加されている。また各画素のＴＦＴのゲート電極は共通ゲートラインＶｇ１〜３に接続されており、共通ゲートラインは図示しないシフトレジスタなどで構成されるゲート駆動装置２に接続される。一方各ＴＦＴのソース電極は共通データラインｓｉｇ１〜３に接続され、アンプ、アナログマルチプレクサなどで構成される読み出し装置１に接続される。読み出し装置はＡ／Ｄコンバーターに接続されており、Ａ／ＤコンバーターはＦＰＮ補正装置、ゲイン補正装置に順次接続されている。これら補正装置にはモニターなどの出力装置が接続されている。

さらに動作について説明する。蛍光体に放射線が入射すると可視光に変換され、この可視光により各画素のフォトダイオードの接合容量には、画像情報に応じた電荷が蓄積される。この電荷は各ゲートラインＶｇ１〜３が順次オンすることにより、データラインを介して読み出し装置に転送され、シリアルなアナログ信号として出力される。次にこのアナログ信号はＡ／ＤコンバーターでＡ／Ｄ変換され、補正装置に入力される。ここでＦＰＮ補正およびゲイン補正がなされ、補正された出力がモニターなどの出力装置に表示されたり、あるいは図示しないハードディスクなどの記憶装置に記憶される。

また図６および図７は従来の放射線画像撮影装置の別の例ある。前述の図４、図５の例とほぼ同じであるが、留意すべき点は、図７に示すように光電変換素子上に蛍光体などの波長変換体を持たず、光電変換素子の半導体層で直接Ｘ線を吸収して電荷を発生する点である。このような半導体材料としては、アモルファスセレン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ガリウム砒素、ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅなどがある。

その他の動作については、図４および図５の例と同じである。（例えば特許文献１）
特開平１−２４５１８４号公報

前述したように、従来の放射線画像撮影装置は光電変換素子の構成により、以下の２種に大別できる。(1)放射線を蛍光体などの波長変換体で可視光に変換してから、フォトダイオードなどで電荷に変換するもの。（間接型と呼ばれる）
(2)放射線を半導体材料で直接吸収、電荷に変換するもの。（直接型と呼ばれる）
しかしながら、(1)（間接型）(2)（直接型）いずれの型の放射線画像撮影装置においても、透視撮影やアンギオグラフィ（ＤＳＡ）などのような高速動画撮影の際には、以下の課題を有している。

すなわち、１回あるいは連続した高放射線量のＸ線が入射した直後に、蛍光体あるいは光電変換素子の応答特性に起因するアーチファクト＝残像現象が発生し、画質を低下させる場合があった。

例として図８に蛍光体とアモルファスシリコンＰＩＮ型フォトダイオードの応答特性を示す。横軸はＸ線の入射が終了してからの時間を表し、縦軸はフォトダイオードおよび蛍光体の規格化出力を示す。実際の放射線画像撮影装置には両者の応答が、合成された残像が現れる。

さらにこの応答特性は以下の撮影条件で変化する可能性があることが知られている。

・環境温度
・積算駆動時間（経時変化）
・印加バイアス
・吸収Ｘ線のエネルギーすなわちＸ線源の管電圧
例として、ガリウム砒素を用いた直接型光電変換素子の応答特性の印加バイアス依存性（測定値）を図９に示す。図示しないが、他の撮影条件（環境温度、積算駆動時間、Ｘ線管電圧）についても応答特性が変化することが、実験結果よりわかっている。

以上で述べたように、
従来の放射線画像撮影装置は、蛍光体あるいは光電変換素子の応答特性に起因する残像現象のために、画質が劣化する可能性があるという課題を有していた。特に透視やアンギオグラフィ（ＤＳＡ）などのような、高速の動画撮影においては、残像による画質の劣化が無視できない場合があった。

さらに、撮影条件により応答特性が変化（悪化）した場合には、深刻に画質が劣化する可能性があるという課題を有していた。

上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影装置は、動作状態検出手段と残像補正手段を有することを特徴とする。さらに撮影条件検出手段は耐久時間、環境温度、Ｘ線エネルギー、センサバイアスなどの動作状態を検出し、検出された動作状態に応じて、予め定められたＬＵＴなどから最適な残像補正パラメータを決定し、画像出力を補正することを特徴とする。

撮影の度に残像補正パラメータを決定する構成とすることはより望ましい。

（作用）
このように本発明の構成により、蛍光体あるいは光電変換素子の応答特性に起因するアーチファクトすなわち残像による画質の劣化を防ぐことができる。

また、撮影条件の変化によっても残像補正エラーを起こすことのない放射線画像撮影装置を実現することができる。

さらには透視やアンギオグラフィのように、高速の動画撮影に好適な放射線画像撮影装置を実現することができる。

以上説明したように、本発明の光電変換装置により、蛍光体あるいは光電変換素子の応答特性に起因するアーチファクトすなわち残像による画質の劣化を防ぐことができる。

また、撮影条件の変化によっても残像補正エラーを起こすことのない放射線画像撮影装置を実現することができる。

さらには透視やアンギオグラフィのように、高速の動画撮影に好適な放射線画像撮影装置を実現することができる。

以下で本発明の実施例について図を用いて詳しく説明する。

（第１の実施例）
図１は本発明第１実施例の放射線画像撮影装置の構成図である。また図２は本発明による残像補正動作の説明図である。従来例（図４）と比較して、本実施例（図１）で留意すべき点は、以下を備えていることである。

(1)バイアス電圧検出器、温度検出器、駆動時間検出器、Ｘ線発生装置が接続された動作状態検出手段
(2)動作状態検出手段が接続された残像補正装置
ここでバイアス電圧検出器は、電源３に接続された電圧系などでセンサアレーのバイアス電圧を検出し、温度検出器はセンサアレーの温度を検出し、駆動時間検出器はタイミング回路などに記憶されたセンサアレーの積算駆動時間を検出し、検出されたそれぞれの情報は動作状態検出手段に入力されている。

さらにＸ線発生装置１０の管電圧などの条件も同様に動作状態検出手段に入力されている。「従来技術」の項で記したように、光電変換素子および蛍光体の残像は温度、駆動積算時間、バイアス電圧、Ｘ線エネルギー（管電圧）で変化する場合があることが知られている。本実施例は動作状態検出手段で残像の挙動に影響を与える動作状態を検出し、これに応じて最適な残像補正パラメータを選択あるいは計算する構成となっている。

次に図２を用いて動作について説明する。

残像補正装置は動作状態検出手段からの動作状態、すなわち温度センサ、駆動時間積算計、センサバイアス、Ｘ線管電圧などのデータをもとに、予め定められたＬＵＴから残像補正パラメータを決定する。

一般に残像現象の応答波形はＡ・ｅｘｐ（ｔ／Ｂ）で表せる場合が多く、本実施例ではＬＵＴでは検出された動作状態に対して最適な残像パラメータＡおよびＢの値を決定できるように、予め定められている。

このように決定された残像パラメータＡおよびＢを用い、演算処理が行われ、残像補正後の画像出力が得られる。

（第２の実施例）
図３は本発明第２実施例の放射線画像撮影装置の構成図である。本実施例の特徴はセンサアレーが蛍光体を持たずＸ線を半導体層で直接電荷へ変換する構成あることであり、その他の構成については第１実施例と同じである。このような半導体層の材料としてガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、アモルファスセレン、ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅなどがある。

本発明の第１実施例の構成図 本発明の第１実施例の残像補正手段の構成図 本発明の第２実施例の構成図 従来の放射線画像撮影装置の構成図 従来の放射線画像撮影装置の画素断面図 従来の放射線画像撮影装置の構成図（別の例） 従来の放射線画像撮影装置の画素断面図（別の例） 従来の光電変換素子と蛍光体の残像説明図 従来の光電変換素子の残像のバイアス依存性

Claims (11)

1. Ｘ線などの放射線を、光電変換素子を多数配列したセンサアレーを連続的に動作させることにより読み出す放射線画像撮影装置において、
   前記センサアレーの動作状態を検出する動作状態検出手段と、
   前記センサアレーから読み出される画像出力に対し、前記動作状態検出手段からの情報を入力し、残像補正を行う残像補正手段を有することを特徴とする放射線画像撮影装置。
2. 前記残像補正手段は、前記動作状態検出手段からの情報を入力し、その情報により残像補正パラメータを選択あるいは計算することにより残像補正を行うことを特徴とする放射線画像撮影装置。
3. 前記動作状態検出手段で検出される前記センサアレーの動作状態は少なくとも以下の群から選択されていることを特徴とする放射線画像撮影装置。
   ・センサアレーの温度あるいは環境温度
   ・光電変換素子に印加されるバイアス電圧
   ・センサアレーの積算駆動時間
   ・放射線発生装置の設定管電圧あるいは入射放射線のエネルギー
4. 前記残像補正手段で用いられる残像補正パラメータは少なくとも、残像の減衰時定数τを含むことを特徴とする。
5. 前記光電変換素子はアモルファスシリコンまたはポリシリコンを材料としていることを特徴とする。
6. 前記光電変換素子はｐｉｎ型フォトダイオードあるいはＭＩＳ型センサであることを特徴とする。
7. 前記センサアレーは波長変換体を有することを特徴とする。
8. 前記波長変換体は蛍光体であることを特徴とする。
9. 前記蛍光体はヨウ化セシウムあるいはガドリニウム系蛍光体であることを特徴とする。
10. 前記センサアレーの光電変換素子は半導体層に入射したＸ線を直接電荷に変換して読み出すことを特徴とする画像撮影装置。
11. 前記光電変換素子は半導体層の材料としてガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、アモルファスセレン、ＣｄＺｎ、ＣｄＺｎＴｅを材料としていることを特徴とする画像撮影装置。

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