JP2009066257A - 放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型且つ簡易に構成できるとともに、高精度な放射線画像情報を得ることのできる放射線画像撮影装置を提供する。
【解決手段】センサ基板から画像信号を読み出す信号読出回路４６において、電荷検出回路５７の温度を温度センサ７２により検出し、検出した温度に基づいて可変ゲインアンプ６４のゲインを調整することにより、温度変動による電荷検出回路５７のゲイン変動の影響を無くし、高精度な画像信号を取得する。
【選択図】図４

Description

本発明は、被写体の放射線画像情報を放射線画像情報検出器を用いて撮影する放射線画像撮影装置に関する。

例えば、医療分野においては、放射線源から放射線を被写体（患者）に照射し、被写体を透過した放射線を放射線画像情報検出器で検出し、放射線画像情報を取得する放射線画像撮影装置が広汎に使用されている。

ここで、被写体に対する放射線の照射線量を減少させるとともに、診断適正に優れた放射線画像情報を取得することのできる放射線画像情報検出器が開発されている（特許文献１）。

図７は、特許文献１に開示された放射線画像情報検出器２の概略構成を示す。放射線画像情報検出器２は、被写体を透過した放射線の散乱線を除去するグリッド４と、グリッド４を通過した放射線を可視光に変換する蛍光板６と、蛍光板６から出力される可視光を放射線画像情報に係る電荷情報に変換して蓄積するセンサ基板８とが順に配列され、これらの周囲が枠体９によって囲繞されて構成される。センサ基板８の側部には、センサ基板８を駆動するドライバＩＣ１０と、ドライバＩＣ１０によって駆動されたセンサ基板８から放射線画像情報を読み出す読出ＩＣ１２とが接続され、読出ＩＣ１２には、読出ＩＣ１２で発生した熱を外部に放熱するためのヒートパイプ１４が連結される。なお、特許文献１には、ヒートパイプ１４に代えて、ペルチェ素子を用いて読出ＩＣ１２を冷却する手段も開示されている。

一方、電子回路を構成する増幅回路の出力特性は、一般的に温度に依存しており、この温度依存性を補償するため、例えば、特許文献２では、可変増幅回路を構成する対の増幅用トランジスタの温度依存性を相殺するように、温度に応じて変動する基準電流を発生させるようにしている。また、特許文献３には、差動増幅回路に生じる電流をカレントミラー回路で取り出す際に電流の温度変動を相殺するようにした従来技術が開示されている。

特開平１１−３４５９５６号公報 特開平９−２８９４２４号公報 特開２００５−２８６７７６号公報

ところで、医療分野においては、適切な診断を行うべく、高精度な放射線画像が要求される。特許文献１では、読出ＩＣ１２によって放射線画像情報を安定して読み出すため、読出ＩＣ１２をヒートパイプ１４又はペルチェ素子からなる冷却手段を用いて冷却している。この場合、ヒートパイプ１４を用いて放熱するだけの構成では、読出ＩＣ１２の温度が環境温度に従って変動することになるため、読出ＩＣ１２の特性が安定せず、高精度な放射線画像が得られないおそれがある。また、ヒートパイプ１４が所定のスペースを占有するため、放射線画像情報検出器２が大型化してしまい、特に、放射線画像情報検出器２の搬送等の取り扱いに支障が生じる。一方、ヒートパイプ１４に代えて、ペルチェ素子を用いた場合、読出ＩＣ１２の温度を環境温度に依存しない一定温度に調整することが可能となるが、ペルチェ素子自体の発熱の処理や、ペルチェ素子の配置スペースを考慮しなければならない。

また、特許文献２、３のように、増幅回路の出力特性の温度依存性を補償する回路構成とする場合、補償する回路の特性が補償される回路の特性に高精度に一致していなければならない。回路の温度依存性は、通常、非線形であるため、高精度な温度補償を実現することが極めて困難であり、このような回路構成を放射線画像情報を検出する放射線画像情報検出器の補償回路に適用したとしても、高精度な放射線画像情報が得られる保証がない。

本発明は、前記の不具合に鑑みなされたものであり、小型且つ簡易に構成できるとともに、高精度な放射線画像情報を得ることのできる放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。

本発明に係る放射線画像撮影装置は、被写体の放射線画像情報を検出する放射線画像情報検出器と、
前記放射線画像情報検出器から前記放射線画像情報を読み出す読出回路と、
前記読出回路の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出した前記読出回路の前記温度に基づき、前記読出回路から読み出す前記放射線画像情報を、所定温度における前記放射線画像情報に調整する調整回路と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、読出回路の温度を直接検出し、その温度に基づいて読出回路から読み出す放射線画像情報を調整することにより、極めて高精度な放射線画像情報を得ることができる。また、読出回路の温度調整を行う冷却手段も不要なため、必要最小限の構成として装置の小型化に大きく貢献することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る放射線画像撮影装置２０の構成ブロック図である。

放射線画像撮影装置２０は、放射線Ｘを発生させて被写体２２に照射する放射線発生装置２４と、被写体２２を透過した放射線Ｘを検出する放射線固体検出器２６（放射線画像情報検出器）と、放射線発生装置２４及び放射線固体検出器２６を制御する制御装置２８と、被写体２２に対する放射線Ｘの照射線量等の撮影条件を制御装置２８に設定するコンソール３０と、放射線固体検出器２６から読み出した被写体２２の放射線画像情報に対して所定の画像処理を施す画像処理装置３２と、処理された放射線画像情報を表示する表示装置３４とを備える。

図２は、放射線固体検出器２６の概略構成斜視図である。放射線固体検出器２６は、保護ケース３６に収納され、被写体２２を透過した放射線Ｘに係る放射線画像情報を二次元の電荷情報として蓄積するセンサ基板３８と、センサ基板３８を構成する各画素に接続されるゲート線を駆動するゲート線駆動回路を構成する複数の駆動用ＩＣ４０と、駆動状態にあるゲート線が接続される各画素より信号線を介して電荷情報を読み出す信号読出回路を構成する複数の読出用ＩＣ４２とを備える。

図３は、放射線固体検出器２６の回路構成ブロック図である。放射線固体検出器２６は、センサ基板３８と、複数の駆動用ＩＣ４０からなるゲート線駆動回路４４と、複数の読出用ＩＣ４２からなる信号読出回路４６と、ゲート線駆動回路４４及び信号読出回路４６を制御するタイミング制御回路４８とを備える。

センサ基板３８は、放射線Ｘを感知して電荷を発生させるアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等の物質からなる光電変換層５１を行列状の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）５２のアレイの上に配置した構造を有し、発生した電荷を蓄積容量５３に蓄積した後、各行毎にＴＦＴ５２を順次オンにして、電荷を画像信号として読み出す。図３では、光電変換層５１及び蓄積容量５３からなる１つの画素５０と１つのＴＦＴ５２との接続関係のみを示し、その他の画素５０の構成については省略している。なお、アモルファスセレンは、高温になると構造が変化して機能が低下してしまうため、所定の温度範囲内で使用する必要がある。各画素５０に接続されるＴＦＴ５２には、行方向と平行に延びるゲート線５４と、列方向と平行に延びる信号線５６とが接続される。各ゲート線５４は、ゲート線駆動回路４４に接続され、各信号線５６は、信号読出回路４６に接続される。

図４は、複数の読出用ＩＣ４２によって構成される信号読出回路４６の詳細ブロック図である。信号読出回路４６は、センサ基板３８の各信号線５６に接続される電荷検出回路５７と、電荷検出回路５７のゲインを調整するゲイン調整回路５８と、タイミング制御回路４８からのタイミング制御信号に基づき、信号線５６の１つに接続されている画素５０を選択するマルチプレクサ６０と、選択された画素５０から読み出した放射線画像情報をデジタル信号としての画像信号に変換し、画像処理装置３２に送信するＡ／Ｄ変換器６２とを備える。

電荷検出回路５７は、信号線５６から供給される電荷情報を積分し電圧信号として検出するもので、オペアンプ６６（積分アンプ）、積分コンデンサ６８及びスイッチ７０と、電荷検出回路５７の温度を検出する温度センサ７２と、検出された温度に従って電荷検出回路５７のゲインを調整する可変ゲインアンプ６４とを備える。オペアンプ６６の反転入力端子には、信号線５６が接続され、オペアンプ６６の非反転入力端子には、基準電圧Ｖｂが供給される。温度センサ７２によって検出された各電荷検出回路５７の温度は、ゲイン調整回路５８に供給される。ゲイン調整回路５８は、温度センサ７２により検出した電荷検出回路５７の温度に基づき、所定温度における放射線画像情報が得られるよう、温度変動による電荷検出回路５７のゲイン変動を補償すべく、可変ゲインアンプ６４のゲインを調整する。なお、電荷検出回路５７の温度とゲイン変動を補償する可変ゲインアンプ６４のゲインとの関係は、各電荷検出回路５７毎に予めテーブルとしてゲイン調整回路５８に設定しておくことができる。

本実施形態の放射線画像撮影装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。

先ず、コンソール３０を用いて、被写体２２に係るＩＤ情報、撮影条件等の設定を行う。この場合、ＩＤ情報には、被写体２２の氏名、年齢、性別等の情報があり、被写体２２が所持するＩＤカードから取得することもできる。また、撮影条件としては、医師によって指示された撮影部位、撮影方向等の情報に加え、撮影部位に応じた放射線Ｘの照射線量があり、ネットワークに接続された上位の装置から取得し、あるいは、コンソール３０から放射線技師が入力することが可能である。

次に、放射線固体検出器２６に対して被写体２２の撮影部位を位置決めした後、制御装置２８は、設定された撮影条件に従って放射線発生装置２４を制御し、放射線Ｘを被写体２２に照射する。被写体２２を透過した放射線Ｘは、放射線固体検出器２６のセンサ基板３８を構成する各画素５０の光電変換層５１によって電気信号に変換され、蓄積容量５３に電荷として蓄積される（図３）。次いで、各蓄積容量５３に蓄積された被写体２２の放射線画像情報である電荷情報は、タイミング制御回路４８からゲート線駆動回路４４及び信号読出回路４６に供給されるタイミング制御信号に従って読み出される。

すなわち、ゲート線駆動回路４４は、タイミング制御回路４８からのタイミング制御信号に従ってゲート線５４の１つを選択し、選択されたゲート線５４に接続されている各ＴＦＴ５２のベースに駆動信号を供給する。一方、信号読出回路４６は、タイミング制御回路４８からのタイミング制御信号に従い、電荷検出回路５７に接続されている信号線５６をマルチプレクサ６０により行方向に順次切り替えながら選択する。選択されたゲート線５４及び信号線５６に対応する画素５０の蓄積容量５３に蓄積された放射線画像情報に係る電荷情報は、オペアンプ６６及び積分コンデンサ６８によって積分された後、可変ゲインアンプ６４及びマルチプレクサ６０を介してＡ／Ｄ変換器６２に供給され、デジタル信号である画像信号として画像処理装置３２に供給される。行方向に配列された各画素５０から画像信号が読み出された後、ゲート線駆動回路４４は、列方向の次のゲート線５４を選択して駆動信号を供給し、信号読出回路４６は、選択されたゲート線５４に接続されたＴＦＴ５２から同様にして画像信号を読み出す。以上の動作を繰り返すことにより、センサ基板３８に蓄積された二次元の放射線画像情報が読み出され、画像処理装置３２に供給される。

ここで、信号読出回路４６を構成する各電荷検出回路５７に配設されている温度センサ７２は、電荷検出回路５７の温度を検出してゲイン調整回路５８に供給する。ゲイン調整回路５８は、検出された温度に基づき、電荷検出回路５７の温度によるゲイン変動を補償すべく、例えば、検出された温度に対してゲイン変動を補償するための可変ゲインアンプ６４のゲインを設定したテーブルを用いて、可変ゲインアンプ６４のゲインを調整する。この結果、各電荷検出回路５７からは、電荷検出回路５７が所定温度に設定されているものとしたときの画像信号が出力される。

なお、温度の変動範囲が小さく、電荷検出回路５７のゲインの温度依存特性が一次式で近似できるものと見なせる場合には、例えば、温度センサ７２により検出した温度をθ、各電荷検出回路５７の温度依存特性を表すパラメータをａ、ｂとして、電荷検出回路５７のゲインＧを、Ｇ＝ａ・θ＋ｂとして算出し、このゲインＧが所定温度における設定値となるように可変ゲインアンプ６４のゲインを調整するようにしてもよい。

以上のようにして調整され、画像処理装置３２に供給された放射線画像情報は、所定の画像処理が施された後、診断等のために表示装置３４に表示される。この場合、温度変動の影響のない高精度な画像に基づき、診断等の処理を行うことができる。

図５は、ゲイン調整回路５８及び可変ゲインアンプ６４を用いて電荷検出回路５７の温度変動に対するゲインを調整する代わりに、電荷検出回路５７ａによって検出された電荷情報をＡ／Ｄ変換器６２によってデジタル信号である画像信号に変換し、その画像信号を、温度センサ７２によって検出した各電荷検出回路５７ａの温度に従い、補正回路７４で補正するように構成した信号読出回路１６ａを示す。この場合、補正回路７４では、例えば、検出された温度に対して電荷検出回路５７ａのゲイン変動を補償するための補正値を設定したテーブルを用いて、画像信号を補正することができる。

図６は、図３に示すＴＦＴ５２を用いた放射線固体検出器２６に代えて、放射線画像情報を静電潜像として蓄積し、読取用電磁波を照射することで静電潜像が電荷情報として読み出されるセンサ基板８０を用いた放射線固体検出器８２の構成を示す。

センサ基板８０は、放射線Ｘが照射される側から順に、放射線Ｘに対して透過性を有する第１電極層８４と、放射線Ｘが照射されることで導電性を呈する記録用光導電層８６と、潜像電荷に対しては略絶縁体として作用する一方、潜像電荷と逆極性の輸送電荷に対して略導電体として作用する電荷輸送層８８と、読取光源部９０から読取光Ｌが照射されることで導電性を呈する読取用光導電層９２と、読取光Ｌに対して透過性を有する第２電極層９４とが配設されて構成される。

記録用光導電層８６と電荷輸送層８８との界面には、記録用光導電層８６で発生した電荷を潜像電荷として蓄積する蓄電部９６が形成される。第２電極層９４は、読取光源部９０が延在する方向と直交する方向（矢印Ｃ方向）に延在する多数の線状電極９８を有する。第１電極層８４及び第２電極層９４を構成する線状電極９８には、蓄電部９６に蓄積された潜像電荷に係る電荷情報を読み出す信号読出回路１００が接続される。

信号読出回路１００は、センサ基板８０の第１電極層８４及び第２電極層９４間に所定の電圧を印加する電源１０２及びスイッチ１０４と、第２電極層９４の各線状電極９８に接続され、潜像電荷としての放射線画像情報を電圧信号として検出する複数の電荷検出回路１０６と、電荷検出回路１０６のゲインを調整するゲイン調整回路１１２と、各電荷検出回路１０６からの出力を順次切り替えるマルチプレクサ１１４と、マルチプレクサ１１４から出力される画像信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１６とを備える。

電荷検出回路１０６は、オペアンプ１１８、積分コンデンサ１２０及びスイッチ１２２と、電荷検出回路１０６の温度を検出する温度センサ１０８と、検出された温度に基づいてゲイン調整回路１１２で算出されたゲイン調整信号に従い、各電荷検出回路１０６のゲインを調整する可変ゲインアンプ１１０とを備える。なお、オペアンプ１１８の反転入力端子には、線状電極９８が接続され、オペアンプ１１８の非反転入力端子には、スイッチ１０４を介して第１電極層８４が接続される。

以上のように構成されるセンサ基板８０は、スイッチ１０４を電源１０２側に接続させ、第１電極層８４及び第２電極層９４間に所定の電圧を印加させた状態で放射線Ｘを被写体２２に照射する。被写体２２を透過した放射線Ｘは、第１電極層８４を介して記録用光導電層８６に照射される。このとき、記録用光導電層８６は、導電性を呈して電荷対が生成される。生成された電荷対のうち、正電荷は、電源１０２から第１電極層８４に供給される負電荷と結合して消滅する。一方、記録用光導電層８６で生成された負電荷は、電荷輸送層８８に向かって移動する。電荷輸送層８８は、負電荷に対して略絶縁体として作用するため、記録用光導電層８６と電荷輸送層８８との界面である蓄電部９６に静電潜像として負電荷が蓄積される。

センサ基板８０に静電潜像が記録された後、信号読出回路１００により放射線画像情報の読み出しを行う。この場合、スイッチ１０４を介して、電荷検出回路１０６を構成するオペアンプ１１８の非反転端子とセンサ基板８０の第１電極層８４とを接続する。

読取光源部９０を副走査方向（矢印Ｃ方向）に移動させながら読取光Ｌを読取用光導電層９２に照射させるとともに、電荷検出回路１０６のスイッチ１２２を副走査方向の所定の画素ピッチに従ってオンオフ制御させることにより、静電潜像に係る電荷情報である放射線画像情報の読み出しを行う。

読取光Ｌが第２電極層９４を介して読取用光導電層９２に照射されると、読取用光導電層９２が導電性を呈して電荷対が生成される。生成された電荷対のうち、正電荷は、正電荷に対して略導電体として作用する電荷輸送層８８を介して蓄電部９６に到達し、蓄電部９６に蓄積されている静電潜像を構成する負電荷と結合して消滅する。一方、読取用光導電層９２の負電荷は、第２電極層９４を構成する線状電極９８の正電荷と再結合して消滅する。このとき、電荷の消滅に伴って線状電極９８に電流が発生し、この電流が放射線画像情報に係る電荷情報として信号読出回路１００によって読み出される。

各線状電極９８で発生した電流は、電荷検出回路１０６によって積分され、電圧信号としてマルチプレクサ１１４に供給される。マルチプレクサ１１４は、電荷検出回路１０６を線状電極９８の配列方向である主走査方向に順次切り替え、電圧信号をＡ／Ｄ変換部１１６に供給する。Ａ／Ｄ変換部１１６は、供給されたアナログの電圧信号である画像信号をデジタル信号に変換し、放射線画像情報として画像処理装置３２に出力する。なお、副走査方向に対する１画素分の放射線画像情報が読み出された時点で電荷検出回路１０６のスイッチ１２２がオンとされ、積分コンデンサ１２０に蓄積されていた電荷が放電される。読取光源部９０を矢印Ｃ方向に移動させながら、以上の動作を繰り返すことにより、センサ基板８０に蓄積記録された放射線画像情報が二次元的に読み出されることになる。

ここで、各電荷検出回路１０６の温度は、温度センサ１０８によって検出され、ゲイン調整回路１１２に供給されている。ゲイン調整回路１１２は、検出された温度に従い、各電荷検出回路１０６を構成する可変ゲインアンプ１１０のゲインを調整する。このゲイン調整により、各電荷検出回路１０６からは、電荷検出回路１０６が所定温度に設定されているものとしたときの画像信号がマルチプレクサ１１４及びＡ／Ｄ変換部１１６を介して画像処理装置３２に供給される。従って、表示装置３４には、温度変動の影響のない高精度な放射線画像が表示されることになる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、照射された放射線Ｘを直接電荷情報に変換する放射線固体検出器２６又は８２に代えて、シンチレータによって放射線Ｘを一旦可視光に変換し、その可視光を電荷情報に変換する構成からなる放射線検出器を利用することもできる。

また、温度センサ７２、１０８を個々の電荷検出回路５７、５７ａ又は１０６に配設するものとしているが、電荷検出回路５７、５７ａ又は１０６間の温度差が小さい場合、複数の電荷検出回路５７、５７ａ又は１０６に対して１つの温度センサを配設し、これらを同一の温度条件に従って調整するようにしてもよい。

さらに、図６に示す構成からなる信号読出回路１００に代えて、図５の場合と同様に、温度センサ１０８によって検出した各電荷検出回路１０６の温度に従い、Ａ／Ｄ変換部１１６によってデジタル信号に変換された画像信号を補正するようにしてもよい。この場合、各電荷検出回路１０６の可変ゲインアンプ１１０は不要となる。

さらにまた、電荷検出回路５７、５７ａの可変ゲインアンプ６４、又は、電荷検出回路１０６の可変ゲインアンプ１１０のゲインを調整する代わりに、積分回路のゲインを直接制御するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る放射線画像撮影装置の構成ブロック図である。 図１に示す放射線固体検出器の概略構成図である。 図１に示す放射線固体検出器の回路構成ブロック図である。 図３に示す信号読出回路の詳細ブロック図である。 図３に示す信号読出回路の他の構成の詳細ブロック図である。 放射線固体検出器の他の構成の説明図である。 従来技術に係る放射線画像情報検出器の概略構成図である。

符号の説明

２０…放射線画像撮影装置
２２…被写体
２４…放射線発生装置
２６、８２…放射線固体検出器
３８、８０…センサ基板
４０…駆動用ＩＣ
４２…読出用ＩＣ
４４…ゲート線駆動回路
４６、４６ａ、１００…信号読出回路
５７、５７ａ、１０６…電荷検出回路
５８、１１２…ゲイン調整回路
６４、１１０…可変ゲインアンプ
６６、１１８…オペアンプ
７２、１０８…温度センサ
７４…補正回路
９０…読取光源部

Claims (6)

1. 被写体の放射線画像情報を検出する放射線画像情報検出器と、
   前記放射線画像情報検出器から前記放射線画像情報を読み出す読出回路と、
   前記読出回路の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサにより検出した前記読出回路の前記温度に基づき、前記読出回路から読み出す前記放射線画像情報を、所定温度における前記放射線画像情報に調整する調整回路と、
   を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記読出回路は、前記放射線画像情報検出器に蓄積された放射線画像情報に係る電荷情報を検出する電荷検出回路を有し、
   前記調整回路は、前記温度センサにより検出した前記読出回路の前記温度に基づき、前記電荷検出回路のゲインを調整するゲイン調整回路であることを特徴とする放射線画像撮影装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記調整回路は、前記読出回路から読み出す前記放射線画像情報を、前記読出回路の前記温度に基づいて補正する補正回路であることを特徴とする放射線画像撮影装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
   前記放射線画像情報検出器は、前記被写体を透過した放射線を電荷情報として蓄積する放射線固体検出器であることを特徴とする放射線画像撮影装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記放射線固体検出器は、蓄積された前記電荷情報が読取光を照射されることで放射線画像情報として読み出される光読出方式の検出器であることを特徴とする放射線画像撮影装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置において、
   複数に分割された前記読出回路の各温度を検出する複数の前記温度センサを有し、前記調整回路は、前記各温度センサにより検出された前記各読出回路の前記各温度に基づき、前記各読出回路毎に前記放射線画像情報を調整することを特徴とする放射線画像撮影装置。

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