JP2008203405A - 放射線画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光した輝尽発光光を受光して、蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、コストが低いアバランシェ効果が生じないフォトダイオードを用いて、変換回路で変換して得た読取信号のＳ／Ｎを向上させること。
【解決手段】蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、発光した輝尽発光光を受光して放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、発光した輝尽発光光を検出面に導く導光手段と、前記検出面に配置され、受光した光量に応じた信号を出力する２²個以上の対角長が２²ｃｍ以下の、アバランシェ効果を生じないフォトダイオードと、前記２²個以上のフォトダイオードの各々に設けられ、当該フォトダイオードが出力した信号を変換する変換回路と、前記２²個以上の前記変換回路の出力信号を加算して読取信号を出力する加算回路と、を有することを特徴とする放射線画像読取装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートに励起光を照射し、輝尽発光光を受光して前記放射線画像を読み取る放射線画像読取装置に関する。

Ｘ線画像に代表される放射線画像は、従来から病気診断等に広く用いられているものである。

現在、被爆線量の低減、デジタル画像処理システムとの整合性向上への要求に対応する技術として、被写体を透過した放射線を記録媒体である蓄積性蛍光体シートに照射して潜像を形成し、この潜像に励起光を照射することにより励起される輝尽発光光を受光して放射線画像を読み取る技術が多用されている。

一般に、前記潜像の読み取りは、レーザ光源、ポリゴンミラー、レンズ、ミラー等により走査照射を行う励起光照射手段と、輝尽発光光を受光する受光手段とを有する画像読取部を蓄積性蛍光体シートの面に沿って移動させて行うものが多い。

励起光によって励起される輝尽発光光は微弱であることから、測光に際しては励起光の影響を除いたり、測光信号を安定して増幅するための回路技術の工夫が重要なものとなっている。

微弱な輝尽発光光の光量を高速で測定するために使用される受光素子としては、従来から、受光面積と増幅率が大きい光電子増倍管が多用されている。

しかしながら、センサのサイズが大きいこと、高圧の電源を必要とすること、コストが高いこと等から、これに代わる受光素子としてフォトダイオードを使用する提案もなされている。

提案の例としては、受光素子として複数のフォトダイオードを並べたリニアセンサアレイを採用して、励起光の主走査に同調させて、輝尽発光光を受光するフォトダイオードを切り替えて使用する提案（例えば、特許文献１参照。）、主走査方向２次元のＣＣＤを副走査方向に移動させながら多方向に広がる輝尽発光光をもれなく受光しようとする提案（例えば、特許文献２参照。）、あるいは、受光素子として大面積アバランシェフォトダイオードを使用する提案（例えば、特許文献３参照。）がある。

また、特許文献４には、主走査方向に７個（蓄積性蛍光体シートの主走査方向のサイズは通常１４インチ、即ち３５．５６ｃｍなので１個の対角長は２³ｃｍ超と推測）のアバランシェ効果を有するフォトダイオードを配置し、各々に増幅回路を設け、その内の２個の増幅回路で増幅された信号を加算すること（図３（Ｂ））と、蓄積性蛍光体シートの主走査方向に亘る（通常３５ｃｍ以上（１４インチ以上）なので、対角長は２⁵ｃｍ超と推測）のアバランシェ効果を有するフォトダイオードを５個配置し、各々に増幅回路を設け、これら５個の増幅回路で増幅された信号を加算すること（特に図３（Ｃ））が開示されている。
特開平１０−２１０２３５号公報 特開２００４−１１７６８５号公報 特開２００２−２９６７１２号公報 特開２００１−２４２５６５号公報

しかしながら、放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、発光した輝尽発光光を受光して、前記蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、アバランシェ効果が生じないフォトダイオードの場合、特許文献１や特許文献２に開示のように単純に複数のダイオードの出力信号を加算した後、変換回路で変換すると変換回路に起因するノイズによって読取信号のＳ／Ｎが充分でない。

また、特許文献３に開示のようなアバランシェ効果を有するフォトダイオードを用いると、コストが高くなる問題がある。

本発明は、放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、発光した輝尽発光光を受光して、前記蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、コストが低いアバランシェ効果が生じないフォトダイオードを用いて、変換回路で変換して得る読取信号のＳ／Ｎを向上させることを目的とする。

上記課題は、以下の発明を実現することにより達成される。
１．放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、発光した輝尽発光光を受光して、前記蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、
前記蓄積性蛍光体シートから発光した輝尽発光光を検出面に導く導光手段と、
前記検出面に配置され、受光した光量に応じた信号を出力する２²個以上の対角長が２²ｃｍ以下の、アバランシェ効果を生じないフォトダイオードと、
前記２²個以上のフォトダイオードの各々に設けられ、当該フォトダイオードが出力した信号を変換する変換回路と、
前記２²個以上の前記変換回路の出力信号を加算して読取信号を出力する加算回路と、を有することを特徴とする放射線画像読取装置。
２．前記加算回路で加算される変換回路及び当該変換回路に信号を出力するアバランシェ効果を生じないフォトダイオードの個数が、２⁵以下であることを特徴とする１項に記載の放射線画像読取装置。

本発明により、放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、発光した輝尽発光光を受光して、前記蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、コストが低いアバランシェ効果が生じないフォトダイオードを用いつつ、変換回路で変換して得る読み取り信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

発明を実施するための最良の形態欄は、発明を実施するために発明者が最良と認識している形態を示すものであり、発明の範囲や、特許請求の範囲に用いられている用語を一見、断定又は定義する表現もあるが、これらは、あくまで、発明者が最良と認識している形態を特定するための表現であり、発明の範囲や、特許請求の範囲に用いられている用語を特定又は限定するものではない。

以下、本発明の実施の形態を図を基に説明する。

図１は、放射線画像読取装置Ｄの外観図である。

図に示すように、放射線画像読取装置Ｄは箱状の形状をしており、その上面の外装部２０には、操作部２１と、開口部２３が設けられている。この開口部２３は、記録媒体である蓄積性蛍光体シートを収容したカセッテの挿入口である。

図２は、放射線画像読取装置Ｄの内部を示す概念図である。

前記開口部から挿入されたカセッテは、二つの面に分離される。

バック板保持板２０１の前面（矢印ｆ）には、磁石が貼り付けられており、この磁石により、分離された蓄積性蛍光体シートを保持しているカセッテの一面が保持され、蓄積性蛍光体シートの表面が図の手前に露出される。

画像読取部３００は、直方体状の外装に覆われており、台座３５１の上部に固定されており、矢印ｇの方向に移動する。

台座３５１は、ガイドレール３５２に沿って移動可能であり、両端が固定された円形シャフト状のマグネット部３６１と、台座３５１固定された円柱状の可動コイル３６２とから構成されるリニアモータ３６０により移動が制御される。

なお、上述したようなカセッテの分離と保持、及び画像読取部３００の移動は、例えば、国際公開第２００６／０６４６３６号、又は同２００６／０４３４２５号パンフレットに記されているように公知の技術である。

図３は、画像読取部３００の内部の概念図である。

画像読取部３００の外装の内部には、励起光照射手段３１０と輝尽光受光手段３２０、画像消去手段である消去ランプ３０８等が収納されている。なお、これらの手段に採用される光学部品、機械部品、電気部品、及びそれらを組み合わせた機構は全て公知の技術である。

励起光照射手段３１０は発光素子であるレーザダイオードＬＤ、コリメータレンズ（不図示）、シリンドリカルレンズ（不図示）、ポリゴンミラー３１４、ｆθレンズ（不図示）、ミラー３０２、３０３等から構成される。

集束されたレーザ光であるレーザビームＬＢは、ポリゴンミラー３１４によって振られ、ミラー３０２、３０３に導かれてスリット３０７から蓄積性蛍光体シートＫに向けて出射される。

蓄積性蛍光体シートＫは、ポリゴンミラー３１４の回転による前記レーザビームＬＢの走査（主走査）と、画像読取部３００の等速移動による走査（副走査）とにより、全面が走査される。

なお、上述した主走査、副走査は、本例に限らず公知の走査技術を適宜に採用することができる。

輝尽光受光手段３２０は、導光手段３２５と受光手段を有する。導光手段３２５は、導光体３２１と集光管３２２を有し、前記蓄積性蛍光体シートＫから発光した輝尽発光光を集光管３２２の一端にある検出面に導くものである。

導光体３２１は、前記蓄積性蛍光体シートから発光した輝尽発光光を集光管３２２に導くものであり、集光管３２２は、導光体３２１から導かれた輝尽発光光をその一端にある検出面に集光して導くものである。

また、受光素子は、この検出面に配置された、受光した光量に応じた信号を出力する２²個以上の対角長が２²ｃｍ以下のアバランシェ効果を生じないフォトダイオード（以下、複数のフォトダイオードと略す）ＰＤを有する。

そして、導光手段３２５は、励起光に対して不透明であるが、輝尽発光光に対して透明であり、導光体３２１と集光管３２２の内部で光が反射することにより、検出面に設けた複数のフォトダイオードの各々が受光する光量を互いに近づけるものである。

また、これら複数のフォトダイオードの各々に、各フォトダイオードが出力した信号を変換する変換回路が設けられ、加算回路が、これら２²個以上の変換回路の出力信号を加算して読取信号を出力する。

励起光であるレーザビームＬＢによって照射された蓄積性蛍光体シートＫからは、記録されている放射線画像に対応する強さ（光量）の輝尽発光光が出射する。

輝尽発光光は、直接、又は、集光ミラー３０６を介して導光体３２１の先端部に入射する。

導光体３２１に入射した輝尽発光光は、導光体３２１の内面で反射を繰り返しながら集光管３２２に導かれ、集光管３２２の内面にてさらに色々な角度の複数回の反射を繰り返すことから、集光管３２２の内部は一様な光量分布になる。

この一様な光量分布となった輝尽発光光は、集光管の端部の内面に取り付けられた受光素子である複数のフォトダイオードＰＤにより、光電変換される。

光電変換後の出力信号は、増幅、変換等の処理が施されることにより読取信号となる。

本発明では、受光素子として一般に使用されている光電子増倍管に代わって、複数のフォトダイオードを用いている。

図４は、画像読取部３００の上面図である。

画像読取部３００は、図の矢印ｙで示す読み取り移動範囲を移動し、蓄積性蛍光体シートＫに記録された画像の読み取りを終えて点線位置にて一旦停止する。その後、消去ランプ３０８の点灯がなされ、再度、走査開始前のホームポジションに戻る。

蓄積性蛍光体シートＫは、この戻り動作によって前記消去ランプ３０８により全面が照射され、記録されていた画像は全て消去される。

図５は、輝尽光受光手段３２０の概念図である。

既に、説明したように輝尽光受光手段３２０は、導光体３２１と集光管３２２とからなる導光手段３２５、受光素子である複数のフォトダイオードＰＤ等から構成されている。

励起光の照射により励起された輝尽発光光の一部は、直接、あるいは、図３、４で示す集光ミラー３０６を介して導光体３２１の先端部に入射する。

なお、導光体３２１の先端部には、励起光と輝尽発光光を光学的に分離するフィルタ３０９が設けられており、輝尽発光光のみが導光体３２１の内部に入射する。

導光手段３２５の集光管３２２の内面の一端（検出面）には複数のフォトダイオードＰＤの受光面が配置され、前記複数のフォトダイオードＰＤの受光面に対向する他端面３３４及び内周面３３５は導光体３２１により導かれた輝尽発光光を多方向に反射させる反射材となっている。

図６は、輝尽発光光の進路を説明する図である。

導光体３２１は、入射した輝尽発光光を壁面で全反射させながら集光管３２２に導く特開２００１−３５２４３０号公報等に記載されているような公知の光学部材である。

その他、導光体としては、光ファイバ、レンズアレイ、又は屈折率の高い樹脂、ガラス等の光学部材を使用することができる。

図に示すように導光体３２１に入射した輝尽発光光は、内壁面３３３で反射を繰り返しながら集光管３２２に入射する。

集光管３２２に入射した輝尽発光光は、受光面に対向する他端面３３４及び集光管３２２の内周面３３５による内面反射を繰り返す。即ち、集光管３２２は、集光された輝尽発光光を内部で一様な光量分布にする働きをする。

その結果、集光管３２２の検出面に配置されている複数のフォトダイオードの各受光面には、ほぼ均一の光量の輝尽発光光が入射することになる。なお、この入射する光量のバラツキは２０％以内であることが望ましい。

図７は、導光手段３２５の他の実施例を示す図である。

図７（ａ）は、導光体３２１の出射端に２つの集光管３２２をその検出面が両端に配置されるように設けたものである。

これら２つの集光管３２２の検出面各々には、複数のフォトダイオードが設けられ、これら複数のフォトダイオードの各々に、各フォトダイオードが出力した信号を変換する変換回路が設けられ、加算回路が、これら２²個以上の変換回路の出力信号を加算して読取信号を出力する。

また、図７（ｂ）は、導光体３２１が、薄板状の直方体で、一端面を輝尽発光光の入射面とし、対向する他端面を複数のダイオードを設けた検出面としたもので、輝尽発光光の入射面から検出面までの長さを、主走査方向の長さの２¹倍以上にして、複数のフォトダイオードが受光する輝尽発光光の光量を互いに近づけるものである。

図８は、複数のセンサにより受光した光量を測定する回路のブロック図である。また、図９は、図８のブロック図の点線で示す領域の回路例である。

複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＮの出力信号（電流値）は、それぞれに対応する電流−電圧変換回路により電圧値に変換される。

変換により得られた複数の電圧値は加算回路により加算されて一つの電圧値となる。本発明では、この電圧値を輝尽発光光の読取信号としている。

即ち、上述した様な回路構成により、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＮの出力信号を加算することにより得られた出力信号ＳとノイズＮは、次の式で表現されるものとなる。

但し、
ＰＤ１の出力信号が電流−電圧変換、増幅され出力された信号をＳ１、
ＰＤ１の出力信号を電流−電圧変換、増幅する回路により出力されたノイズをＮ１、
同様に、
ＰＤＮの出力信号が電流−電圧変換、増幅された出力された信号をＳｎ、
ＰＤ１の出力信号を電流−電圧変換、増幅する回路により出力されたノイズをＮｎ
とする。

その結果、フォトダイオードが１個の場合に比較して、読取信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

例えば、フォトダイオードが４個（ＰＤ１〜ＰＤ４）であり、
ＰＤ１〜ＰＤ４が接続された回路の出力信号を各々１００、１００、８０、７０とし、
同じく回路の出力ノイズを各々１００とすると、

Ｓ／Ｎ＝１．７５となる。
一方、フォトダイオードが１個（ＰＤ１）の場合は、
Ｓ／Ｎ＝１００／１００＝１となる。

このように、放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、輝尽発光光を受光して、この蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、この蓄積性蛍光体シートから発光した輝尽発光光を検出面に導く導光手段と、この検出面に配置され、受光した光量に応じた信号を出力する２²個以上の対角長が２²ｃｍ以下のアバランシェ効果を生じないフォトダイオードと、これら２²個以上のフォトダイオードの各々に設けられ、当該フォトダイオードが出力した信号を変換する変換回路と、これら２²個以上の変換回路の出力信号を加算して読取信号を出力する加算回路と、を有することで、コストが低いアバランシェ効果が生じないフォトダイオードを用いつつ、変換回路で変換して、読取信号を充分大きくしつつ、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

なお、加算回路で加算される変換回路及び当該変換回路に信号を出力するアバランシェ効果を生じないフォトダイオードの個数としては、２⁵以下（特に、２⁴以下）であることが、フォトダイオード自体、配線及び加算回路のノイズ増大の悪影響が小さく、トータルとしてのＳ／Ｎ向上の効果のコストパフォーマンスの観点で好ましい。

また、アバランシェ効果を生じないフォトダイオードの対角長としては、２¹ｃｍ以下がフォトダイオード自体、配線及び変換回路のノイズ増大の悪影響を一層抑えられ好ましく、また、２^-2ｃｍ以上（特に２^-1ｃｍ以上）が生産性、フォトダイオード自体の感度の観点から好ましい。

また、隣接するフォトダイオード間の間隔としては、光を有効に受光する観点から、フォトダイオードの不感帯を含めて、２^-4ｃｍ以下（特に、２^-5ｃｍ以下）が好ましく、また、生産性の観点から、２^-8ｃｍ以上（特に２^-7ｃｍ以上）が好ましい。

具体的な例としては、例えば、一辺が２^-1ｃｍの正方形のＰＩＮフォトダイオードを約２^-6ｃｍの間隔で、３×３個に正方形状に並べ、各々にその出力信号を電流電圧変換する変換回路を設け、これら変換回路の出力信号を加算する加算回路を設けたものが挙げられる。

得られた読取信号は、ダイナミックレンジと分解能を大きくとりたい場合に設けられる対数変換回路によって対数変換され、次いで、フィルタ回路によりノイズが除かれ、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル化される。

デジタル化された輝尽発光光の読取信号は、ＣＰＵを有する制御手段に送られ、所定の測定値ファイルに記録される。

なお、上述の説明は、複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＮの出力信号を電流として取り出し、それぞれに対応する電流−電圧変換回路により電圧に変換する例を基にして行ったが、発明の効果は、フォトダイオードの出力信号を電圧として取り出し、これを、増幅、インピーダンス変換等の電圧−電圧変換を行う場合にも、また、他の変換を行う場合にも変わるものではない。

図１０に、電圧−電圧変換増幅回路の例を示す。

放射線画像読取装置の外観図である。 放射線画像読取装置の内部を示す概念図である。 画像読取部の内部の概念図である。 画像読取部の上面図である。 輝尽光受光手段の概念図である。 輝尽発光光の進路を説明する図である。 導光手段の他の実施例を示す図である。 複数のセンサにより受光した光量を測定する回路のブロック図である。 図８のブロック図の点線で示す領域の回路例である。 電圧−電圧変換増幅回路の例である。

符号の説明

３００ 画像読取部
３２０ 輝尽光受光手段
３２１ 導光体
３２２ 集光管
３２５ 導光手段
Ｄ 放射線画像読取装置
Ｋ 蓄積性蛍光体シート
ＰＤ１〜ＰＤＮ フォトダイオード

Claims (2)

1. 放射線画像が記録された蓄積性蛍光体シートを励起光で走査し、発光した輝尽発光光を受光して、前記蓄積性蛍光体シートに記録された放射線画像を読み取る放射線画像読取装置において、
   前記蓄積性蛍光体シートから発光した輝尽発光光を検出面に導く導光手段と、
   前記検出面に配置され、受光した光量に応じた信号を出力する２²個以上の対角長が２²ｃｍ以下の、アバランシェ効果を生じないフォトダイオードと、
   前記２²個以上のフォトダイオードの各々に設けられ、当該フォトダイオードが出力した信号を変換する変換回路と、
   前記２²個以上の前記変換回路の出力信号を加算して読取信号を出力する加算回路と、を有することを特徴とする放射線画像読取装置。
2. 前記加算回路で加算される変換回路及び当該変換回路に信号を出力するアバランシェ効果を生じないフォトダイオードの個数が、２⁵以下であることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像読取装置。

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