JP2008287165A - 放射線画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線画像変換プレートから放射される蛍光の光量が微小な光量領域においても、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能な放射線画像読取装置を提供する。
【解決手段】放射線画像が記録された輝尽性蛍光体層を有する放射線画像変換プレートＰから励起光による走査光学系１ａにより画像情報を読み取るための光電変換素子９を備える放射線画像読取装置１において、光電変換素子９はフォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとを備え、光電変換素子９により読み取られる輝尽光の光量に応じて画像情報を読み取る光電変換素子９をフォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとの間で切り換える切換手段１５、１６を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線画像読取装置に係り、特に、輝尽性蛍光体層を有する放射線画像変換プレートに励起光を走査して画像情報を読み取る放射線画像読取装置に関する。

従来から、Ｘ線画像等の放射線画像は、医療現場における疾病診断用などの分野で広く用いられている。この放射線画像を得る方式としては、いわゆる放射線写真方式、すなわち被写体を透過した放射線を蛍光体層に照射して可視光を生じさせ、この可視光をハロゲン化銀感光材料に照射し、現像処理を施して銀塩画像を得る方式が広く利用されている。放射線写真方式は、高感度性と高画質性に優れ、いまなお、世界中の医療現場で用いられている。

しかし、銀資源の枯渇の問題や、現像処理等の煩雑さを回避したいという要請等から、近年、放射線画像を銀塩画像として得る代わりに、蛍光体層から直接画像を取り出す新たな装置が開発されている。このような装置の１つとして、被写体を透過した放射線を放射線画像変換プレートの輝尽性蛍光体層に吸収させた後に輝尽性蛍光体層に励起光を走査して、輝尽性蛍光体層が蓄積している放射線エネルギを蛍光（輝尽光）として放射させ、その蛍光を集光、増幅して画像情報として読み取る装置が知られている（例えば特許文献１〜３等参照）。

この放射線画像変換プレートから画像情報を読み取る放射線画像読取装置では、従来の放射線写真方式と比較してはるかに少ない被曝線量で情報量の豊富な放射線画像を得ることができる。また、放射線画像変換プレートの輝尽性蛍光体層は励起光の走査によって蓄積した放射線エネルギを放出するので、走査後に再度放射線エネルギの蓄積を行うことができ、繰り返し使用することができるという利点がある。

画像情報の読み取りにおいて、特許文献１、２に記載では、輝尽光を集光器で集光し、光電子増倍管（フォトマル）で増幅する放射線画像読取装置が提案されており、特許文献３に記載では、輝尽光を光ファイバで集光し、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等のライン型光電変換器で読み取る放射線画像読取装置が提案されている。さらに、特許文献４では、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）を主成分とする光導電層を有する固体画像検出器で輝尽光を読み取って画像情報を得る画像情報読取装置が提案されている。

しかし、これらのフォトマルやライン型光電変換器、ａ−Ｓｅを主成分とする光導電層を有する固体画像検出器は一般に高価であり、装置の低価格化を目的として開発を進める場合には大きな負担となる。そこで、フォトマルやライン型光電変換器等に比べて比較的安価なフォトダイオードを用いた放射線画像読取装置が開発されている（例えば特許文献５参照）。
特開２００１−３５２４３０号公報 特開２００５−３１８１５１号公報 特開昭６２−１０６４１号公報 特開２００１−２４５１００号公報 特開２００４−２００７６８号公報

ところで、放射線画像読取装置では、前述したように、放射線画像変換プレートの輝尽性蛍光体層から放射される蛍光を集光して読み取るが、その光量は、数ｎＷという非常に微小な光量から数μＷ程度の光量までと幅があり、それを読み取るためにはほぼ４桁のダイナミックレンジが必要となる。

このような蛍光をフォトダイオードで読み取る場合、上記のダイナミックレンジのうち光量が比較的大きい光量領域では比較的良好なＳ／Ｎで信号が得られるが、特に微小な光量の読み取りにおいてはＳ／Ｎが必ずしも良好にならないという特性を有している。

すなわち、フォトダイオードは、集光面積が小さいと広い放射線画像変換プレートの像面から小面積のフォトダイオードに集光する際に集光のロスが生じるため、集光面積は大きい方がよいが、他方、集光部の周囲長の平方根にほぼ比例して暗電流が大きくなる。そのため、フォトダイオードの集光面積が大きくなり集光部周囲長が長くなると、その分、暗電流が大きくなり、それにほぼ比例してノイズが増大してしまうという特性がある。

また、フォトダイオードの集光面積が大きくなるとフォトダイオードの端子間容量が増加し、フォトダイオードの周波数応答性が悪化するという問題もある。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、放射線画像変換プレートから放射される蛍光の光量が微小な光量領域においても、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能な放射線画像読取装置を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
放射線画像が記録された輝尽性蛍光体層を有する放射線画像変換プレートから励起光による走査光学系により画像情報を読み取るための光電変換素子を備える放射線画像読取装置において、
前記光電変換素子は、フォトダイオードとシリコン光電子増倍管とを備え、
前記光電変換素子により読み取られる輝尽光の光量に応じて画像情報を読み取る前記光電変換素子を前記フォトダイオードと前記シリコン光電子増倍管との間で切り換える切換手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線画像読取装置において、前記切換手段は、前記シリコン光電子増倍管からの出力信号の値が予め設定された閾値以下である場合には前記シリコン光電子増倍管からの出力信号を出力し、前記シリコン光電子増倍管からの出力信号の値が前記閾値より大きい場合には前記フォトダイオードからの出力信号を出力するように前記光電変換素子を切り換えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線画像読取装置において、前記フォトダイオードおよび前記シリコン光電子増倍管には、それぞれチャージアンプ回路が配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の放射線画像読取装置において、前記チャージアンプ回路は、対応する前記フォトダイオードおよび前記シリコン光電子増倍管の直近の位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射線画像読取装置において、前記フォトダイオードは、ＰＮ型またはＰＩＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、放射線画像変換プレートから放射される蛍光（輝尽光）を受光して電荷に変換する光電変換素子として、フォトダイオードとシリコン光電子増倍管とを備える光電変換素子を用い、読み取られる蛍光の光量に応じて光電変換素子をフォトダイオードとシリコン光電子増倍管との間で切り換える。

これにより、放射線画像変換プレートから放射される蛍光が微小な光量領域では、蛍光の光量を光子単位で測定でき、しかも低雑音で増幅可能なシリコン光電子増倍管に切り換えて測定することで、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能となる。また、放射線画像変換プレートから放射される蛍光がより強い光量領域では、フォトダイオードの集光面積が小さくても十分に蛍光を受光することができるから、集光面積が小さくして暗電流の増加やノイズの増大を防止した状態のフォトダイオードに切り換えて測定することで、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能となる。

このように、放射線画像変換プレートから放射される蛍光が微小な光量領域ではシリコン光電子増倍管を用い、放射される蛍光がより強い光量領域ではフォトダイオードを用いるように、フォトダイオードとシリコン光電子増倍管とを切り換えて用いることで、放射線画像変換プレートから放射される蛍光の読み取りに必要な４桁程度の広いダイナミックレンジの全域において、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能となる。

また、フォトダイオードもシリコン光電子増倍管も、前述した光電子増倍管（フォトマル）やＣＣＤ等のライン型光電変換器、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）を主成分とする光導電層を有する固体画像検出器等より安価であるから、放射線画像読取装置の製造コストが良化され、装置の低価格化を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、光電変換素子により読み取られる輝尽光の光量を、それに応じて増加するシリコン光電子増倍管からの出力信号の値を監視することで監視し、シリコン光電子増倍管からの出力信号の値が閾値以下であればシリコン光電子増倍管からの出力信号を出力し、閾値より大きい場合にはフォトダイオードからの出力信号を出力するように光電変換素子を切り換えることで、フォトダイオードとシリコン光電子増倍管とを容易かつ適切に切り換えて用いることが可能となり、前記請求項１に記載の発明の効果がより的確に発揮される。

請求項３に記載の発明によれば、フォトダイオードやシリコン光電子増倍管からの出力電流をそのまま出力信号として処理することも可能であるが、フォトダイオードやシリコン光電子増倍管にそれぞれチャージアンプ回路を配置することで、フォトダイオードやシリコン光電子増倍管からの出力電流が適切に増幅され、それに相当する電圧の形で出力信号として出力されるようになる。また、それとともに、各チャージアンプ回路の増幅率を適切に調整すれば、前述したフォトダイオードとシリコン光電子増倍管との切り換え時における各出力信号の値をほぼ一致させることができ、各出力信号の切り換えをスムーズに行うことが可能となり、前記各請求項に記載の発明の効果がより的確に発揮される。

請求項４に記載の発明によれば、チャージアンプ回路を、対応するフォトダイオードやシリコン光電子増倍管の直近の位置にそれぞれ設けることで、チャージアンプ回路とフォトダイオード等を接続する引き回し配線を短くすることが可能となり、引き回し配線の部分で拾われるノイズを低減させることができる。そのため、増幅回路でノイズが増幅されることを有効に抑制することができ、最終的に得られる放射線画像のＳ／Ｎをさらに向上させることが可能となり、前記各請求項に記載の発明の効果がさらに効果的に発揮される。

請求項５に記載の発明によれば、前記各請求項に記載の発明の効果に加え、フォトダイオードとしてＰＮ型またはＰＩＮ型のフォトダイオードを用いることで、装置をより安価にすることが可能となる。

以下、本発明に係る放射線画像読取装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

なお、放射線画像変換プレートＰには、輝尽性蛍光体層を有する公知の放射線画像変換プレートが用いられ、すでに図示しない放射線画像撮影装置等により放射線が照射され、図示しない被写体の放射線画像が記録されているものとする。

本実施形態に係る放射線画像読取装置１の走査光学系１ａには、図１に示すように、主に、レーザダイオード２、コリメートレンズ３、結像レンズ４、ポリゴンミラー５、ｆθレンズ６、シリンドリカルミラー７等からなる走査光学系と、集光体８および光電変換素子９等からなる集光読取系と、レーザダイオード２からのレーザ出力調整のためのビームスプリッタ１０、ディテクタ１１、レーザドライバ回路１２等が備えられている。

走査光学系１ａでは、レーザダイオード２から出射されたレーザ光がコリメートレンズ３で平行光とされる。そして、平行光のごく一部がビームスプリッタ１０により反射されてレーザパワーモニタ用のディテクタ１１に送られ、ディテクタ１１によるモニタの結果がレーザドライバ回路１２にフィードバックされてレーザダイオード２からのレーザ出力が調整されるようになっている。

また、平行光の大半は、シリンドリカルレンズからなる結像レンズ４で屈折され、ポリゴンミラー５の鏡面上で線状に結像して反射される。ポリゴンミラー５で反射された光はｆθレンズ６、シリンドリカルミラー７を経て放射線画像変換プレートＰの像面に照射される。その際、ポリゴンミラー５の鏡面に入射するレーザ光に対する鏡面の傾きがポリゴンミラー５の回転に伴って変化することにより、放射線画像変換プレートＰの像面に入射するレーザ光は励起光として像面上を主走査方向Ｘに移動し、読取線Ｚに沿って像面を走査するようになっている。

なお、レーザ光がポリゴンミラー５の１つの鏡面で反射されて放射線画像変換プレートＰの読取線Ｚの一方端から他方端まで、すなわち図１中で読取線Ｚの右側端から左側端まで走査し終わり、ポリゴンミラー５の次の鏡面で反射されるようになると、レーザ光は、また放射線画像変換プレートＰの読取線Ｚの右側端から走査を開始し、左側端まで走査する。このようにポリゴンミラー５の回転により、放射線画像変換プレートＰの読取線Ｚに沿ったレーザ光の一方向の走査が繰り返される。

そして、レーザ光による読取線Ｚの一方端から他方端までの１回の走査が終了して次の走査に移る間に、放射線画像変換プレートＰが主走査方向Ｘに直交する副走査方向Ｙに所定量移動されることで、放射線画像変換プレートＰの像面全体が２次元的にレーザ光により走査されるようになっている。

上記のようにしてレーザ光が走査されながら放射線画像変換プレートＰの像面に入射されると、前述したように、放射線画像変換プレートＰの輝尽性蛍光体層のレーザ光が入射された位置に蓄積されている放射線エネルギが蛍光（輝尽光）として放射される。放射された蛍光は導光板８ａを通って集光器８に導光され、集光器８により集光された蛍光が光電変換素子９に導かれるようになっている。

本実施形態では、光電変換素子９は、集光器８側から見た場合、図２に示すように、フォトダイオード９ａと、その中央部に配置されたシリコン光電子増倍管９ｂとで構成されている。なお、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとの配置は、図２に示した配置に限定されず、また、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂの形状はそれぞれ矩形状である場合に限定されず、それぞれ適宜設定される。

フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとは、それぞれオン状態では、集光された蛍光に感応してその光量に応じて出力電流を出力するようになっている。その際、蛍光は、放射線画像変換プレートＰの輝尽性蛍光体層に蓄積された放射線エネルギの大きさに比例した光量が放射されるから、フォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂから出力される出力電流は、放射線画像変換プレートＰの各画素に蓄積された放射線エネルギの情報を表すものとなる。

フォトダイオード９ａは、通常のＰＮ型Ｓｉ（シリコン）フォトダイオードを用いることができる。また、ＰＮ間に電気抵抗の大きな半導体層を挟むＰＩＮ(p-intrinsic-n Diode)型のシリコンフォトダイオードを用いれば、端子間容量が小さく、フォトダイオードの周波数応答性が良好であり好ましい。

なお、フォトダイオード９ａは、一般に、それを取り巻く環境の温度が上昇すると暗電流が増加してＳ／Ｎが悪化するという特性を有するため、ファン等によりフォトダイオード９ａの周囲に外気を取り込むなどフォトダイオード９ａの温度上昇を抑えるための機構が適宜設けられる。

シリコン光電子増倍管９ｂの基本構造は、図３（Ａ）に示すようにシリコンガイガーモード・アバランシェフォトダイオードＡＰＤにクエンチ抵抗ＲＩが直列に接続されてなるマイクロセルが、図３（Ｂ）に示すように多数並列に接続された構造となっている。そして、シリコン光電子増倍管９ｂは、蛍光の光量を光子単位で測定するフォトンカウンタ状の微弱光センサであり、入射した１光子をシリコンガイガーモード・アバランシェフォトダイオードＡＰＤで非常に多くの電子に増幅でき、しかも低雑音で増幅することができるという特性を有している。

また、シリコン光電子増倍管９ｂは、光子が入射するごとにパルス状の出力電流を出力するようになっており、２個の光子が同時にあるいはごく近接した時間間隔で同一セル内に入射した場合には、シリコン光電子増倍管９ｂはそれらを分離して検出せずに１個の光子が入射した場合と同様の出力電流を出力する。そのため、シリコン光電子増倍管９ｂに入射される光量が増加して複数の光子が絶えず入射する状態になると、シリコン光電子増倍管９ｂからは一定値の電流が出力される状態となるという特性がある。

なお、シリコン光電子増倍管についてのより詳しい説明は、例えば、カール・ジャクソン，「真空管技術を置き換えるシリコン光電子増倍管」，Laser Focus World JAPAN，日本，株式会社イーエクスプレス，２００７年２月１３日，２月号，ｐ．３６−３８を参照されたい。

次に、本実施形態に係る放射線画像読取装置１の制御系１ｂについて、図４を参照して説明する。なお、図４では、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとが離れた位置に記載されているが、図３に示した構成であることは言うまでもない。

フォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂから出力された出力電流をそのまま出力信号として処理することも可能であるが、本実施形態では、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂの下流側には、それぞれチャージアンプ回路１０ａ、１０ｂが配置されており、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとからの出力電流をそれぞれ増幅し、それに相当する電圧に変換した形で出力信号としてさらに下流側に出力するようになっている。

フォトダイオード９ａ用のチャージアンプ回路１０ａと、シリコン光電子増倍管９ｂ用のチャージアンプ回路１０ｂとは、基本的に同じ構造であるので、フォトダイオード９ａ用のチャージアンプ回路１０ａで代表して説明する。また、チャージアンプ回路１０ａ、１０ｂの増幅回路１１ａ、１１ｂの出力端子からはそれぞれ出力信号Ｖａ、Ｖｂが出力される。

チャージアンプ回路１０ａは、図４に示すように、主に、増幅回路１１ａと、チャージ用コンデンサ１２ａと、電荷リセット用スイッチ１３ａと、電荷リセット信号印加手段１４ａとで構成される積分回路が用いられている。また、電荷リセット信号印加手段１４ａは制御手段１５によりその動作を制御される。本実施形態では、制御手段１５は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等がバスに接続されて構成されるコンピュータに構成されており、チャージアンプ回路１０ａとチャージアンプ回路１０ｂとが共通の制御手段１５に接続されている。

増幅回路１１ａは、公知のオペアンプ等の増幅回路を用いることができる。チャージ用コンデンサ１２ａは増幅回路１１ａに並列に接続されており、チャージ用コンデンサ１２ａには、フォトダイオード９ａが出力電流として発生させた電荷が蓄積されるようになっている。

チャージ用コンデンサ１２ａには、ＦＥＴ（field effect transistor）等で構成される電荷リセット用スイッチ１３ａが並列に接続されており、電荷リセット用スイッチ１３ａには、電荷リセット信号印加手段１４ａが接続されている。電荷リセット信号印加手段１４ａは図示しない電源を備え、制御手段１５の制御に従って電荷リセット用スイッチ１３ａに信号を印加して電荷リセット用スイッチ１３ａをオン状態としてチャージ用コンデンサ１２ａに蓄積した電荷を放電させ、また、電荷リセット用スイッチ１３ａへの信号の印加を停止して電荷リセット用スイッチ１３ａをオフ状態として前述したようにチャージ用コンデンサ１２ａに電荷を蓄積させるようになっている。

なお、増幅回路１１ａの出力端子からは電圧値に変換された出力信号Ｖａが出力されるが、この出力信号Ｖａは、チャージ用コンデンサ１２ａに蓄積された電荷量に応じて増加する。

本実施形態では、チャージアンプ回路１０ａ、１０ｂは、対応するフォトダイオード９ａおよびシリコン光電子増倍管９ｂの直近の位置にそれぞれ設けられている。具体的には、チャージアンプ回路１０ａ、１０ｂは、フォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂからの引き回し配線が短くなるように、回路的にそれぞれ対応するフォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂの直後に設けられている。

このように、チャージアンプ回路１０ａ、１０ｂを対応するフォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂの直近の位置にそれぞれ設けることで、引き回し配線の部分でノイズが拾われることを防止し、あるいは拾われるノイズを低減することが可能となる。そのため、引き回し配線の部分で拾われたノイズがチャージアンプ回路１０ａ、１０ｂで増幅されることによるＳ／Ｎの低下が防止あるいは軽減される。

フォトダイオード９ａ用のチャージアンプ回路１０ａから出力された出力信号Ｖａと、シリコン光電子増倍管９ｂ用のチャージアンプ回路１０ｂから出力された出力信号Ｖｂとは、スイッチ手段１６に入力するようになっており、スイッチ手段１６は、制御手段１５の制御に従って、いずれか一方の出力信号を出力するようになっている。

本実施形態に係る放射線画像読取装置１の制御系１ｂでは上記のようにして出力信号Ｖａ、Ｖｂを切り換え、すなわち画像情報を読み取る光電変換素子９をフォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとの間で切り換えて、さらに下流の処理手段１７に出力するようになっている。このように、本実施形態では、制御手段１５とスイッチ手段１６とで本発明の切換手段が構成されている。なお、スイッチ手段１６は、出力信号Ｖａと出力信号Ｖｂとを切り換えることができるものであればよく、また、制御手段１５と独立にスイッチ手段１６で切り換え判断を行うように構成することも可能である。

本実施形態では、切換手段を構成する制御手段１５は、シリコン光電子増倍管９ｂから出力されチャージアンプ回路１０ｂで増幅されて出力される出力信号Ｖｂの値を常時監視するようになっている。また、制御手段１５には、閾値th_vが予め設定されている。

そして、制御手段１５は、その出力信号Ｖｂの値が閾値th_v以下である場合には、シリコン光電子増倍管９ｂの出力信号Ｖｂを画像情報として出力し、出力信号Ｖｂの値が閾値th_vより大きい場合には、フォトダイオード９ａの出力信号Ｖａを画像情報として出力するように、スイッチ手段１６に対して指示を発してスイッチ手段１６による切り換えを制御するようになっている。

前述したシリコン光電子増倍管９ｂの特性から、シリコン光電子増倍管９ｂに複数の光子がごく近接した時間間隔で同一セル内に入射するとそれらを分離して検出できなくなる。そのため、上記の閾値th_vの値は、シリコン光電子増倍管９ｂにより異なる光子の入射が分離できなくなる光量あるいはそれより若干小さい値の光量に相当する出力信号Ｖｂの値に予め設定されていれば好ましい。シリコン光電子増倍管９ｂやフォトダイオード９ａ等の性能に応じて、閾値th_vの値を、上記光量よりもさらに小さい値の光量に相当する出力信号Ｖｂの値に設定することも可能である。

処理手段１７には、前述したようにスイッチ手段１６から出力信号Ｖａまたは出力信号Ｖｂが入力されるようになっており、処理手段１７は、後述するように放射線画像読取装置１により放射線画像変換プレートＰから１画素ごとに読み取られて増幅された出力信号Ｖａまたは出力信号Ｖｂの値をその画素の蛍光（輝尽光）の光量すなわち画像情報として読み取って画素ごとに記憶し、画素ごとの画像情報に基づいて放射線画像を形成するようになっている。

次に、本実施形態に係る放射線画像読取装置１の作用について説明する。

前述したように、放射線画像読取装置１の走査光学系１ａでは、図１に示したようにポリゴンミラー５の回転によりレーザ光が放射線画像変換プレートＰの読取線Ｚ上を走査され、レーザ光が照射された部分の放射線画像変換プレートＰの輝尽性蛍光体層に蓄積されている放射線エネルギが蛍光（輝尽光）として放射される。そして、その蛍光が集光器８に集光され、図２に示したフォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂで構成される光電変換素子９に受光される。

そして、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂからは、それぞれ受光量や入射する光子に応じて出力電流が出力され、チャージアンプ回路１０ａ、１０ｂで増幅される。そして、増幅回路１１ａ、１１ｂの出力端子から増幅され、それに相当する電圧に変換された出力信号Ｖａ、Ｖｂがそれぞれ出力され、スイッチ手段１６に入力される。

その際、フォトダイオード９ａからは受光した受光量に応じて出力電流が出力され、その電荷が、チャージアンプ回路１０ａの電荷リセット用スイッチ１３ａがオフとされた状態の下でチャージ用コンデンサ１２ａに蓄積されていき、蓄積される電荷量に応じて増幅回路１１ａの出力端子から出力される出力信号Ｖａは、図５に示すように滑らかに増加していく。

また、シリコン光電子増倍管９ｂからは、前述したように、光子が入射するごとにパルス状の出力電流が出力されるため、パルス状の出力電流が出力されるごとに一定量の電荷がチャージアンプ回路１０ｂのチャージ用コンデンサ１２ｂに蓄積されていく。そのため、蓄積される電荷量に応じて増幅回路１１ｂの出力端子から出力される出力信号Ｖｂは、図６に示すように入射する光子を正確に反映して階段状に増加していく。

なお、シリコン光電子増倍管９ｂの同一セル内に多数の光子が入射すると、光子を分離して検出できなくなって一定量の電荷を常時出力するようになり、図５に示したフォトダイオード９ａの場合と同様に増幅回路１１ｂの出力端子から出力される出力信号Ｖｂは蓄積される電荷量に応じて滑らかに増加するようになる。しかし、フォトダイオード９ａの場合とは異なり、このような状態でシリコン光電子増倍管９ｂから出力される電荷量はシリコン光電子増倍管９ｂに入射した光子の数すなわち光量を正確に反映した電荷量にはならないから、電荷量に応じて滑らかに増加する出力信号Ｖｂはシリコン光電子増倍管９ｂに入射した光量を正確に反映したものとはならない。

一方、本実施形態では、放射線画像読取装置１は、放射線画像変換プレートＰから放射される蛍光を１画素ごと読み取る。この１画素ごとの読み取りを実行するために、制御手段１５は、電荷リセット信号印加手段１４ａ、１４ｂに対して電荷リセット用スイッチ１３ａ、１３ｂに図７に示すような電荷リセット信号Ｓｒを印加するように指示し、１画素分の蛍光の読み取りが終了するたびにチャージ用コンデンサ１２ａ、１２ｂに蓄積された電荷を放電させて、１画素ごとにチャージアンプ回路１０ａ、１０ｂをリセットする。

具体的には、制御手段１５は、まず、電荷リセット信号Ｓｒを印加させて電荷リセット用スイッチ１３ａ、１３ｂをオン状態とし、チャージ用コンデンサ１２ａ、１２ｂに蓄積された電荷を放電させる。そして、電荷リセット信号Ｓｒの印加を停止させて電荷リセット用スイッチ１３ａ、１３ｂをオフ状態とした後、レーザ光が放射線画像プレートＰの１画素分を走査する時間ｔｐの間、チャージ用コンデンサ１２ａ、１２ｂにフォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂから出力された電荷を蓄積させる。

チャージ用コンデンサ１２ａ、１２ｂに電荷が蓄積されてくると、増幅回路１１ａ、１１ｂの出力端子からは、前述したように、チャージ用コンデンサ１２ａ、１２ｂに蓄積された電荷量に応じて増幅された出力信号Ｖａ、Ｖｂがそれぞれ出力される。そして、１画素分の走査が終わると、制御手段１５は、再び電荷リセット信号Ｓｒを印加させて電荷リセット用スイッチ１３ａ、１３ｂをオン状態としてチャージ用コンデンサ１２ａ、１２ｂに蓄積された電荷を放電させる。この動作を放射線画像プレートＰの各画素ごとに繰り返す。

また、制御手段１５は、この１画素分の蛍光の読み取りの間にスイッチ手段１６に入力される出力信号Ｖａ、Ｖｂのうち出力信号Ｖｂを監視し、１画素分の蛍光の読み取りの間に、増加する出力信号Ｖｂの値が前述した閾値th_vを超える場合には、スイッチ手段１６から出力される出力信号を出力信号Ｖｂから出力信号Ｖａに切り換える。

具体的には、放射線画像プレートＰのある画素から放射される蛍光が弱く、図８のグラフの時間間隔ｔｐ１の部分に示すように、この１画素分の蛍光の読み取りの間に出力信号Ｖｂの値が閾値th_vを超えないような場合には、制御手段１５は、スイッチ手段１６から処理手段１７に対して出力信号Ｖｂを出力させ続ける。

また、放射線画像プレートＰの別の画素から放射される蛍光が強く、図８のグラフの時間間隔ｔｐ２の部分に示すように、この１画素分の蛍光の読み取りの間に出力信号Ｖｂの値が閾値th_vを超える場合には、制御手段１５は、出力信号Ｖｂの値が閾値th_vを超えた時点ｔｑでスイッチ手段１６から処理手段１７に対して出力する出力信号を出力信号Ｖｂから出力信号Ｖａに切り換えて出力させる。

なお、図８のグラフの時間間隔ｔｐ２の部分に示したように、出力信号Ｖｂの値が閾値th_vを超えて出力信号Ｖａに切り換えられる時点ｔｑで、出力信号Ｖｂの値と出力信号Ｖａの値とが一致する値、あるいはごく近接した値となるように、チャージアンプ回路１０ａ、１０ｂの増幅回路１１ａ、１１ｂにおける増幅率がそれぞれ予め設定されることが好ましい。

また、例えば、制御手段１５から処理手段１７に対してスイッチ手段１６から出力される出力信号を出力信号Ｖｂから出力信号Ｖａに切り換えたことを伝え、出力信号Ｖｂの値から出力信号Ｖａの値にスムーズに移行するように、処理手段１７で出力信号Ｖａや出力信号Ｖｂの値を換算して画像情報として読み取るように構成してもよい。

以上のように、本実施形態に係る放射線画像読取装置１によれば、放射線画像変換プレートＰから放射される蛍光（輝尽光）を受光して電荷に変換する光電変換素子９としてフォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとを備える光電変換素子を用い、読み取られる蛍光の光量に応じて光電変換素子９をフォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとの間で切り換えるように構成した。

これにより、放射線画像変換プレートＰから放射される蛍光が微小な光量領域では、Ｓ／Ｎが必ずしも良好にならないフォトダイオード９ａの代わりに、蛍光の光量を光子単位で測定でき、しかも低雑音で増幅可能なシリコン光電子増倍管９ｂを用いて測定することで、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能となる。

また、放射線画像変換プレートＰから放射される蛍光がより強くなると、シリコン光電子増倍管９ｂでは同時にあるいはごく近接した時間間隔で同一セル内に入射する複数の光子を分離して検出できなくなり、シリコン光電子増倍管９ｂから出力される電荷量がシリコン光電子増倍管９ｂに入射した光量を正確には反映しない電荷量となるが、このような光量領域では、シリコン光電子増倍管９ｂの代わりにフォトダイオード９ａを用いて測定することにより、受光量を正確に反映した電荷量が出力される。また、放射される蛍光が強い光量領域では、フォトダイオード９ａの集光面積が小さくても十分に蛍光を受光することができるから、集光面積の増大による暗電流の増加やノイズの増大を防止し、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能となる。

このように、本実施形態に係る放射線画像読取装置１によれば、放射線画像変換プレートＰから放射される蛍光が微小な光量領域ではシリコン光電子増倍管９ｂを用い、放射される蛍光がより強い光量領域ではフォトダイオード９ａを用いるように、フォトダイオード９ａとシリコン光電子増倍管９ｂとを切り換えて用いることにより、放射線画像変換プレートＰの輝尽性蛍光体層から放射される蛍光の読み取りに必要な４桁程度の広いダイナミックレンジの全域において、良好なＳ／Ｎで蛍光を読み取ることが可能となる。

さらに、フォトダイオード９ａもシリコン光電子増倍管９ｂも、前述した光電子増倍管（フォトマル）やＣＣＤ等のライン型光電変換器、アモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）を主成分とする光導電層を有する固体画像検出器等より安価であるから、放射線画像読取装置１の製造コストが良化され、装置の低価格化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態では、放射線画像変換プレートＰから放射される蛍光を、導光板８ａを有する集光器８でフォトダイオード９ａやシリコン光電子増倍管９ｂからなる光電変換素子９に導く場合について説明したが、蛍光を光電変換素子９に導く手段はこの形態に限定されない。

本実施形態に係る放射線画像読取装置の走査光学系の構成を示す図である。 フォトダイオードとシリコン光電子増倍管とで構成された光電変換素子の構成を表す図である。 シリコン光電子増倍管の基本構造を説明する図であり、（Ａ）はシリコン光電子増倍管を構成するマイクロセルの等価回路を表し、（Ｂ）はシリコン光電子増倍管の等価回路を表す。 本実施形態に係る放射線画像読取装置の制御系の構成を示す図である。 フォトダイオード用のチャージアンプ回路から出力される出力信号を表すグラフである。 シリコン光電子増倍管用のチャージアンプ回路から出力される出力信号を表すグラフである。 電荷リセット用スイッチに印加される電荷リセット信号を表すグラフである。 シリコン光電子増倍管用からの出力信号からフォトダイオード用からの出力信号に切り換えられる状態を説明するグラフである。

符号の説明

１ 放射線画像読取装置
１ａ 走査光学系
９ 光電変換素子
９ａ フォトダイオード
９ｂ シリコン光電子増倍管
１０ａ、１０ｂ チャージアンプ回路
１５ 制御手段（切換手段）
１６ スイッチ手段（切換手段）
Ｖａ フォトダイオードからの出力信号
Ｖｂ シリコン光電子増倍管からの出力信号
Ｐ 放射線画像変換プレート
th_v 閾値

Claims (5)

1. 放射線画像が記録された輝尽性蛍光体層を有する放射線画像変換プレートから励起光による走査光学系により画像情報を読み取るための光電変換素子を備える放射線画像読取装置において、
   前記光電変換素子は、フォトダイオードとシリコン光電子増倍管とを備え、
   前記光電変換素子により読み取られる輝尽光の光量に応じて画像情報を読み取る前記光電変換素子を前記フォトダイオードと前記シリコン光電子増倍管との間で切り換える切換手段を備えることを特徴とする放射線画像読取装置。
2. 前記切換手段は、前記シリコン光電子増倍管からの出力信号の値が予め設定された閾値以下である場合には前記シリコン光電子増倍管からの出力信号を出力し、前記シリコン光電子増倍管からの出力信号の値が前記閾値より大きい場合には前記フォトダイオードからの出力信号を出力するように前記光電変換素子を切り換え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。
3. 前記フォトダイオードおよび前記シリコン光電子増倍管には、それぞれチャージアンプ回路が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線画像読取装置。
4. 前記チャージアンプ回路は、対応する前記フォトダイオードおよび前記シリコン光電子増倍管の直近の位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３に記載の放射線画像読取装置。
5. 前記フォトダイオードは、ＰＮ型またはＰＩＮ型のフォトダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射線画像読取装置。

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