JP2012095708A - 放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射線画像撮影装置において、放射線平面検出器に対する制御手段の熱影響の抑制を向上させることを目的とする。
【解決手段】 本発明は、放射線を検出し、放射線画像を生成する放射線平面検出器と、前記放射線平面検出器の駆動を制御する制御手段と、前記放射線平面検出器と前記制御手段との間に配置された断熱部材と、前記放射線平面検出器と前記制御手段とが格納された外装筺体と、前記放射線平面検出器の熱を、前記外装筺体の第一の面に伝熱する第一の伝熱部材と、前記制御手段の熱を、前記第一の面と異なる前記外装筺体の第二の面に伝熱する第二の伝熱部材と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被写体を透過した放射線を検出し、放射線画像を生成する放射線画像撮影装置に関するものである。

近年、デジタル放射線画像撮影装置（Ｘ線画像撮影装置）の分野では、解像度の向上、筺体の小型化、画像の歪みを抑えることを目的として、光電変換素子を用いた等倍光学系のフラットパネル式の放射線画像撮影装置が普及している。
光電変換素子を用いた撮影装置には、アモルファスシリコン型、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型などがある。

（１）アモルファスシリコン型
アモルファスシリコン型の撮影装置の利点として、ガラス基板上のアモルファスシリコン半導体を使った大画面の撮像素子を作成しやすことが挙げられる。しかし、その反面、半導体特性が十分ではないため、高速動作を行うことが困難である。また、アモルファスシリコンは単結晶シリコン半導体基板に比べてガラス基板上の半導体基板の微細加工が難しく、その結果、出力信号線の容量が大きくなり、ｋＴＣノイズが発生しやすくなる。

（２）ＣＣＤ型
ＣＣＤ型の撮影装置の利点として、完全空乏型で高感度であることが挙げられる。しかしながら、大画面化には不向きである。ＣＣＤは電荷転送型であるため、大面積になり電荷転送の転送段数が増加すると駆動電圧が駆動端と中心付近では異なり完全転送が困難になる。また、消費電力はＣＶｆ^２（Ｃは基板とウエル間の容量、Ｖはパルス振幅、ｆはパルス周波数）で表されるが、大面積である程、ＣとＶが大きくなり、消費電力がＣＭＯＳ型撮像素子に比較して１０倍以上大きくなる。

（３）ＣＭＯＳ型
ＣＭＯＳ型の撮像装置の利点として、微細加工によりアモルファスシリコン型よりも高速読み出しが可能で、さらに高感度が得られることが挙げられる。また、ＣＣＤ型撮像素子のような電荷転送の転送段数や消費電力に問題が無く大面積化が容易であり、特に、大面積フラットパネル式のセンサの動画像撮影装置として、優位性が高いことが知られている。

特許文献１には、大面積フラットパネル式の放射線平面検出器として、光電変換素子にＣＭＯＳ型撮像素子を使用し、シリコン半導体ウエハからＣＭＯＳ型の光電変換素子を矩形状に切り出した矩形半導体基板をタイリングすることにより大面積を実現した技術が開示されている。

しかしながら、ＣＭＯＳ型撮像素子を使用したフラットパネル式の放射線検出器は画素単位でアンプを持っているため、アンプの発熱による熱ノイズが問題となる。撮像素子が生成する画像は熱による影響を受けるため、熱ノイズによってＸ線取得画像の画質が悪化してしまうこともある。

特許文献２には、熱ノイズ対策として、放射線平面検出器の熱を外部に伝熱し、放射線平面検出器温度上昇を抑えることが開示されている。

また、放射線画像撮影装置の小型化、薄型化によって、放射線平面検出器を駆動させるための電気部品などの制御手段との距離が近くなり、制御手段の熱が放射線平面検出器に伝わってしまうことがある。

特許文献３には、制御手段の熱対策として、電気部品などの制御手段から発生する熱を外装筺体に放熱する技術が開示されている。

特開２００２−３４４８０９号公報 特開２００９−０８５６３０号公報 特開２００３−１９４９５１号公報

前述したように、特許文献２に開示されている技術を用いて放射線平面検出器の熱を外装筺体に放熱したとしても、電子部品などの制御手段から発生した熱が放射線平面検出器に伝わると、生成される放射線撮影画像に悪影響が出ることがある。

特許文献３には、制御手段からの熱対策の技術が開示されているが、電源装置などから発生する熱は大きく、特許文献３に開示されている技術では、熱対策が不十分になってしまう場合がある。

特に、電子部品は局所的な温度上昇が発生することがあり、生成した放射線撮影画像中に局所的なノイズが発生する可能性がある。放射線撮影画像は、医療診断に用いられることがあり、局所的なノイズの発生などは極力避けなくてはいけない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放射線画像撮影装置において、放射線平面検出器に対する制御手段の熱影響の抑制を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、放射線を検出し、放射線画像を生成する放射線平面検出器と、前記放射線平面検出器の駆動を制御する制御手段と、前記放射線平面検出器と前記制御手段との間に配置された断熱部材と、前記放射線平面検出器と前記制御手段とが格納された外装筺体と、前記放射線平面検出器の熱を、前記外装筺体の第一の面に伝熱する第一の伝熱部材と、前記制御手段の熱を、前記第一の面と異なる前記外装筺体の第二の面に伝熱する第二の伝熱部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、放射線画像撮影装置において、放射線平面検出器に対する制御手段の熱影響の抑制を向上させることが出来る。

放射線画像撮影装置のＸ線入射面の反対表面を示した平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 断熱部材を空気層で構成したときの図１のＢ−Ｂ断面図である。 放射線画像撮影装置に冷却装置を配置したときの図１のＢ−Ｂ断面図である。 放射線画像撮影装置をＣアーム装置に搭載したときの概略図である。 接続配線を電気部品保持部材に固定したときの図１のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明を実施するための実施形態を詳細に説明する。尚、以下の各実施形態の説明は、熱影響への対策の必要性が高いＣＭＯＳ型撮像素子を用いた放射線画像撮影装置を想定したものである。
しかしながら、本発明は、ＣＭＯＳ型撮像素子を用いた放射線画像撮影装置に限定されるものではなく、アモルファスシリコン型、ＣＣＤ型などの他の撮像素子を用いた放射線画像撮影装置に適用することも可能である。

（第一の実施形態）
図１は、本実施形態における放射線画像撮影装置のＸ線入射側の反対表面を示した平面図を示したものである。Ｘ線は、図１に示した放射線画像撮影装置の奥側から手前側に入射される。尚、図１では、放射線撮影装置１の内部構造を示すために、外装筺体１１を点線で示している。放射線画像撮影装置は、不図示の放射線発生装置、撮影制御装置などと接続され、被写体の放射線撮影画像を取得するための放射線撮影システムとして機能する。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示したものである。放射線を検出し、放射線画像を生成するために、
Ｘ線は図２に示す放射線画像撮影装置の下側（矢印Ｘ）から入射される。以下、図１および図２を用いて、放射線画像撮影装置１内に配置されている部材について説明する。

放射線平面検出器２は、放射線画像撮影装置１内に配置され、被写体２４（後述の図６）を透過したＸ線の強度分布を検出する矩形平板状のセンサである。
放射線平面検出器２のＸ線入射面および反対側の表面には、放射線平面検出器２を外装筺体１１内保持する検出器保持部材３（第一の保持手段）が配置される。検出器保持部材３は、放射線平面検出器２に発生する熱を外装筺体１１に伝熱するための第一の伝熱部材としても機能する。
断熱部材４は、放射線平面検出器２と電気部品７との間の熱の移動を遮断する。
電気部品保持部材５は、電気部品７を外装筺体１１内に保持する第二の保持部材として機能する。電子部品７は、放射線平面検出器２の駆動御および信号処理を行う制御手段として機能する。電子
部品７は、回路基板、電源などから構成される。

伝熱部材８は、電子部品７に発生した熱を外装筺体１１に伝熱する第二の伝熱部材として機能する。伝熱部材８は、外装筺体１１のＸ線入射面とは反対の面（第二の面）に接続される。
フレーム９は、放射線撮影装置１の内部構造を補強するためのフレームである。フレーム９は、高い剛性を有する鉄又はステンレスなどの材料から構成される。
接続配線１０は、放射線平面検出器２の一辺と電気部品７とを電気的に接続し、電気部品７からの制御信号を放射線平面検出器２に伝達し、放射線平面検出器２で取得された放射線画像のデータを電気部品７に伝達する。

外装筺体１１は、上記各部材を保護するための筺体である。外装筺体内１１には、放射線平面検出器２、検出器保持部材３、断熱部材４、電気部品保持部材５、電子部品７、伝熱部材８、フレーム９、接続配線１０などが格納される。尚、接続配線１０が、検出器保持部材３の側面に配置されるとき、検出器保持部材３の側面の位置は、放射線平面検出器２の側面より外側であり、接続配線１０より内側になるようにする。これは、検出器保持部材３を放射線検出器２の表面全体と接触させることで熱を均等に外装筺体１１まで伝えるとともに、接続配線１０に検出器保持部材３の熱を伝えないためである。

放射線入射カバー１２は、外装筺体１１に接続され、放射線平面検出器２を覆うカバーである。放射線入射カバー１２は、Ｘ線が放射線平面検出器２に届きやすくするため、所定値よりもＸ線透過率が大きいＣＦＲＰや、アルミニウム等の材料から構成される。
放熱面１３は、外装筺体１１の表面に配置され、第二の伝熱部材１１から外装筺体１１に伝熱された熱を、外気に放熱する。
図３は、図１のＢ−Ｂ断面図を示す図である。Ｘ線は、図３に示す放射線画像撮影装置の下側（矢印Ｘ）から入射する。図３に示す通り、接続配線１０（図２）が配置されていない側面では、検出器保持部材３は外装筺体１１まで延存し、外装筺体１１の側面（第一の面）に接続される。
検出器保持部材３と外装筺体１１は、電気保持部材５より大きい熱伝導率を有する材料で構成されている。放射線平面検出器２の表面から均一に発生する熱は、検出器保持部材３に伝熱し、更に、外装筺体１１、放熱面１３を伝って外部へ放熱される。

また、電気部品７内にある偏在する発熱体の熱は、電気部品保持部材５より大きい熱伝導率を有する材料でできている伝熱部材８に伝熱し、更に放熱面１３まで伝って外部へ放熱される。
この構造により、放射線平面検出器２の熱と電気部品内にある発熱体の熱はそれぞれ別の伝熱経路Ａ，Ｂ（図３）を伝って外部へ放熱される。よって、電気部品７内に偏在する発熱体の熱が放射線平面検出器２に伝わることを防ぐことができる。つまり、局所的な温度上昇など、放射線平面検出器２に対する制御手段の熱影響を抑制することが出来る。
上記のような熱伝導性の関係を実現する材料としては、検出器保持部材３と外装筺体１１は高い熱伝導性を有するアルミニウム又は銅等、電気部品保持部材５は鉄又はステンレス等、伝熱部材８は高い熱伝導性を有するアルミニウム、銅又は放熱ゴム等の組み合わせがある。

また、高い剛性を有し、かつ所定値よりも放射線透過率（Ｘ線透過率）の小さい鉄又はステンレス等の材料で電気部品保持部材５を構成することにより、電気部品７をＸ線から保護することができる。
放射線平面検出器２と電気部品７との間は、検出器保持部材３と断熱部材４と電気部品保持部材５との３層で構成されている。
３層構造は構造全体の厚みを増やすとともに、高い剛性を有する鉄又はステンレス等の材料で構成された電気部品保持部材５を構成に加えることで高い剛性を実現することができる。

更に、図４のように断熱部材４を空気層に置き換え、保持構造を構成するために熱伝導性が小さい樹脂等の材料で構成された空気層構成部品１４を配置することで保持構造を軽量化することが可能となる。

（第二の実施形態）
本実施形態が、第一の実施形態と異なる点は、放射線撮影装置１に冷却装置が配置されていることである。

図５は、放射線撮影装置１に冷却装置１５を配置したときの図１のＢ−Ｂ断面図を示した図である。第一の実施形態の構成に加え、外装筺体１１の放熱面１３に冷却ファン、水冷装置、ペルチェ素子等の冷却装置１５が配置されている。
検出器保持部材３、断熱部材４、電気部品保持部材５、伝熱部材８の相対的な熱伝導性の違いから、放射線平面検出器２から放熱面１３までの伝熱の経路と、電気部品７内の発熱体から放熱面１３までの伝熱の経路とはそれぞれ別経路となる。
よって、放射線平面検出器２と電気部品内の発熱体は、それぞれの熱の影響を受けることなく効率的に冷却することができる。放熱面１３に冷却装置１５を配置し、強制冷却することで自然対流による放熱よりもさらに効率よく放射線平面検出器２の温度上昇を抑え、温度分布を均一にすることができる。

（第三の実施形態）
本実施形態が、第一の実施形態と異なる点は、放射線撮影装置１を移動可能なＣアーム装置２０を有していることである。

図６は、放射線撮影装置１をＣアーム装置２０に搭載したときの概略図を示した図である。Ｃアーム２１の一方の先端には放射線撮影装置１と放熱面１３の表面に配置された冷却装置１５、もう一方の先端にはＸ線管２２が配置される。
放射線撮影装置１の放熱面１３とＣアーム２１との間に伝熱経路を設けることで、自然対流による放熱よりもさらに効率よく放射線平面検出器２の温度上昇を抑え、温度分布を均一にすることができる。

Ｃアーム２１の放射線撮影装置１とＸ線管２２の間に被写体２４と被写体２４を寝かせるベッド２３を配置し、Ｘ線透視下処置を行う。Ｘ線透視下処置を行う場合には医師又は放射線技師がＣアーム２１を操作して撮影を行う。衝突防止機能を有するＣアーム装置２０はＣアーム２１が被写体２４やベッド２３等の障害物に一定距離以内に接近すると、装置内のセンサが障害物を検知し、Ｃアーム２１が障害物に衝突しないように急停止させる。このとき、Ｃアーム２１の先端に配置された放射線撮影装置１に強い衝撃が加わるため、放射線撮影装置１には高い剛性が必要となる。

（第四の実施形態）
図７は接続配線１０の一部を電気部品保持部材５に固定したときの図１のＡ−Ａ断面図を示す。接続配線１０は接続配線保護部材６を介して、高い剛性を有する鉄又はステンレス等の材料でできた電気部品保持部材５に固定される。接続配線１０を電気部品保持部材５に固定すると、放射線撮影装置１に衝撃が加わったときに内部でバタつかないため、放射線平面検出器２へ与えるノイズの影響を低減することができる。よって、衝撃に対する剛性と、衝撃に影響されない画像を取得することができる放射線撮影装置１を構成することができる。

以上、本発明を実施するための実施形態について説明したが、その要旨の範囲内での種々の変形及び変更が可能である。

１ 放射線撮影装置
２ 放射線平面検出器
３ 検出器保持部材
４ 断熱部材
５ 電気部品保持部材
６ 接続配線保護部材
７ 電気部品
８ 伝熱部材
９ フレーム
１０ 接続配線
１１ 外装筺体
１２ 放射線入射カバー
１３ 放熱面
１４ 空気層構成部材
１５ 冷却装置
２０ Ｃアーム装置
２１ Ｃアーム
２２ Ｘ線管
２３ ベッド
２４ 被写体
Ａ、Ｂ 伝熱経路

Claims (9)

1. 放射線を検出し、放射線画像を生成する放射線平面検出器と、
   前記放射線平面検出器の駆動を制御する制御手段と、
   前記放射線平面検出器と前記制御手段との間に配置された断熱部材と、
   前記放射線平面検出器と前記制御手段とが格納された外装筺体と、
   前記放射線平面検出器の熱を、前記外装筺体の第一の面に伝熱する第一の伝熱部材と、
   前記制御手段の熱を、前記第一の面と異なる前記外装筺体の第二の面に伝熱する第二の伝熱部材と、を有することを特徴とする放射線画像撮影装置。
2. 前記第一の伝熱部材は、前記放射線平面検出器を前記外装筺体内に保持する構造を有し、
   前記制御手段の前記放射線の入射側に配置され、前記制御手段を前記外装筺体に保持し、所定値よりも放射線透過率の小さい第二の保持手段を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
3. 前記断熱部材は、前記放射線平面検出器と前記制御手段との間の熱の移動を遮断するための空気層を有することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。
4. 前記第一の伝熱部材は、前記第二の伝熱部材よりも熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 前記第一の伝熱部材と前記外装筺体とはアルミニウム又は銅から構成され、前記第二の伝熱部材は鉄又はステンレスから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。
6. 前記放射線撮影装置を移動させるＣアーム装置を有し、
   前記Ｃアーム装置は、前記第一の面もしくは前記第二の面と接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。
7. 前記放射線平面検出器の少なくとも一辺と前記制御手段とを電気的に接続するための接続配線を有し、
   前記第一の伝熱部材は、前記接続配線が接続された辺と異なる辺に接続されることを特徴とする請求項２に記載の放射線画像撮影装置。
8. 前記接続配線の一部は、前記第二の保持部材に固定されていることを特徴とする請求項７に記載の放射線画像撮影装置。
9. 更に、前記第二の面に伝熱された熱を冷却する冷却手段を有することを特徴とする放射線画像撮影装置。

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