JP2018205242A - 放射線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置内の温度分布の発生により、画像アーチファクトが発生する場合があった。【解決手段】 放射線を電気信号に変換する放射線検出器と、前記放射線検出器を支持する支持基台と、前記放射線検出器から前記電気信号を読み出す回路基板と、前記放射線検出器、前記支持基台、前記回路基板を内部に含む筐体と、を有する放射線撮影装置であって、前記回路基板、前記支持基台、前記筐体の間での伝熱経路を変更する変更手段を有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、分析装置などに応用される放射線撮影装置に関するものである。

動画撮影も可能な放射線撮影装置が知られている。静止画撮影に比べて、動画撮影では、消費電力が増大して装置内部の温度が上昇するため、装置内部の温度を抑制する必要がある。特許文献１では、発熱するＩＣチップに接するように、熱伝導材を筐体の開口に設けた放射線撮影用カセッテが開示されている。特許文献２には、電気部品からの熱を外装へと導く２つの放熱経路を、設置形態に応じて切り替えるＸ線撮影装置が開示されている。

特開２０１２−０４２３０２ 特開２００５−０００３７０

放射線検出器の感度向上により、次のような新たな課題が生じている。第１に、装置内に温度ムラが発生すると、放射線検出器の面内においても温度分布が発生し、画像アーチファクトの原因となることである。第２に、装置内に時間的な温度変化があると、放射線検出器の温度変化を生じさせ、同様に画像アーチファクトの原因となることである。そのため、放射線検出器の温度は一定に保つのが望ましい。しかし、電源ＯＦＦ時と電源ＯＮ時では放射線検出器の温度が異なったり、電源ＯＮした直後からしばらくは、温度が安定しなかったりする。また、使用頻度や使用形態によっても温度変化は異なる。これを回避するため、常に電源を投入したままにする装置も存在する。さらに、装置内の電気部品の駆動状況などによって発熱の状態が異なる。発熱の状態が異なることにより、放射線検出器の面内において温度ムラを生じてしまい、結果アーチファクトの発生要因となる。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、アーチファクトのない安定した画像が得られる放射線撮影装置を提供することである。

本発明に係る放射線撮影装置は、放射線を電気信号に変換する放射線検出器と、前記放射線検出器を支持する支持基台と、前記放射線検出器から前記電気信号を読み出す回路基板と、前記放射線検出器、前記支持基台、前記回路基板を内部に含む筐体と、を有する放射線撮影装置であって、前記回路基板、前記支持基台、前記筐体の間での伝熱経路を変更する変更手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、放射線検出器の温度を安定させ、アーチファクトのない、良好な画像を取得することが可能となる。

実施形態１における撮影システムのブロック図 実施形態１における撮影装置の断面図 実施形態１におけるフローチャート 実施形態２における撮影装置の断面図 実施形態３における撮影装置の断面図 実施形態４における撮影装置の模式図

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明では、Ｘ線だけでなく、α線、β線、γ線、粒子線、宇宙線なども、放射線に含まれる。

（実施形態１）
図１を用いて本実施形態に係る放射線撮影システム全体を説明する。放射線撮影システム１０１は、放射線源１０８と、放射線撮影装置１１５、放射線発生制御部１１１、放射線撮影制御部１１２、表示部１１３と、操作部１１４とを備える。放射線撮影装置１１５は撮影スタンド１１６に備え付けられている。操作者は、操作部１１４および表示部１１３を用いて、撮影に必要な条件を設定し、放射線を照射するための信号を出力することができる。出力された信号は、放射線発生制御部１１１により制御され、放射線源１０８より放射線が放射される。放射線源１０８より放射された放射線は、被検体を透過した後、撮影スタンド１１６に取り付けられた放射線撮影装置１１５に内蔵された放射線検出部２０２において画像に変換される。また放射線撮影システム１０１は、ＲＩＳ端末１０２と、ＰＡＣＳ端末１０３と、ビューワ端末１０４と、プリンタ１０５と、ネットワーク等の通信手段１０６を介して接続されている。

次に、放射線撮影装置１１５について説明する。図２ａ、図２ｂは、撮影スタンド１１６に取り付けられた放射線撮影装置１１５の断面の一部を示している。放射線源１０８から見て、上筐体２０１、放射線検出器２０２、支持基台２０３が構成されている。上筐体２０１は、被検者の被ばく量低減の観点から高い透過率が求められる。また上筐体２０１は、装置内部部品の保護の観点から強度が求められる。透過率および強度の機能両立のため、炭素繊維材料がよく用いられている。放射線検出器２０２は、主に被検体を透過して装置内に入射した放射線を光に変換する蛍光体（不図示）、光に変換された情報を電気信号に変換する半導体センサで構成される。この方式は、放射線を一度光に変換するため間接型であるが、放射線を直接電気信号に変換する直接型の放射線検出器にも、本発明は、適用可能である。放射線検出器２０２は、駆動時に発熱する。

上筐体２０１と放射線検出器２０２の間にフォーム材（不図示）などの緩衝材が配置される場合がある。フォーム材や発泡体は、外部からの衝撃を吸収することにより内部部品を保護する役割を果たす。

放射件検出器２０２の背面には支持基台２０３が配置される。放射線検出器２０２は、基台材質にガラスを用いることが多い。支持基台２０３は、放射線検出器２０２と粘着テープや接着剤などで固定され、放射線検出器２０２を支持し、かつ保護する役割を担っている。支持基台２０３は、放射線検出器２０２の温度ムラを抑制するため、熱伝導率の高いものであることが望ましい。また支持基台２０３の熱伝導率は、一律である必要はなく、支持基台２０３の平面内および厚み方向において、変化させてもよい。例えば、発熱源の近傍においては熱伝導率を周辺部分に対して低くすることもある。支持基台２０３は、装置内に入射し放射線検出器２０２を透過してきた放射線を吸収する機能を有していてもよい。また放射線を吸収する機能は、支持基台とは別部品として配置してもよい。

支持基台２０３の背面には、回路基板２０８が配置されている。回路基板２０８は、伸縮自在なスペーサ２１０によって支持基台２０３に固定されている。また、回路基板２０８は、フレキシブル基板２１１を介して放射線検出器２０２と接続されている。回路基板２０８は、フレキシブル基板２１１を介して放射線検出器２０２を駆動するとともに、電気信号に変換された放射線を処理し画像に変換する機能を有する。また、回路基板２０８は、電源制御や無線機能など装置全体を駆動させるために必要な機能を有する。この例において、回路基板２０８は１つであるが、機能ごとに複数枚に分割されていてもよい。複数枚の回路基板２０８は、役割に応じて、フレキシブル基板（不図示）などで接続される。回路基板２０８には多くの電気実装物２１２が組み付けられている。電気実装物２１２やフレキシブル基板２１１上に実装されたＩＣ２０７は、装置を駆動させることにより発熱する。

回路基板２０８と支持基台２０３の間には熱伝導部材２０５が配置されている。熱伝導部材２０５は、銅などの熱伝導率の高い材質を用いるのが理想である。しかし、金属体の場合は回路基板２０８と接触してショートする可能性があるため、シリコン系の熱伝導部材を用いることが多い。熱伝導部材２０５は、支持基台２０３に固定されており、普段は回路基板２０８と接触した状態にある。つまり、熱伝導部材２０５は、支持基台２０３と回路基板２０８に挟まれることにより、熱移動を行うことが可能である。

回路基板２０８と下筐体２０９の間には、熱伝導部材２０６が配置されている。回路基板２０８は、伝熱経路の変更手段である上下駆動機構２０４に接続されている。不図示のアクチュエータの駆動により、上下駆動機構２０４は、回路基板２０８を装置の厚み方向に移動させることができる。回路基板２０８の下筐体２０９への移動により、電気実装物２１２は熱伝導部材２０６に接触し、回路基板２０８は熱伝導部材２０５と離間する。即ち、回路基板２０８から下筐体２０９への伝熱経路が接続され、回路基板２０８から支持基台２０３への伝熱経路が遮断されるように、伝熱経路が切替えられる。

放射線撮影装置１１５は、装置内の温度を計測する温度センサ２１３を備えている。温度センサによる測定結果に応じて、伝熱経路が切替えられる。温度センサ２１３は、支持基台２０３に固定されているが、回路基板２０８上に装備されていてもよい。また温度センサ２１３は、下筐体２０９に装備されていてもよい。温度センサ２１３は、複数個所に配置されてもよい。

下筐体２０９は、装置内部部品の保護の観点から強度が求められる。そのため、アルミ合金やマグネシウム合金などの金属材料が用いられることが多い。また最近では、炭素繊維材料も使用されている事例もある。下筐体２０９は、上筐体２０１と別体でもよいし、一体になっていてもよい。さらに下筐体２０９は、装置外の温度を測定する温度センサを備え、外部温度の状態を判断基準として熱伝導経路を変更してもよい。

この例では、１か所のみの熱伝達の機構について示したが、放射線撮影装置１１５内に複数個所設置してもよい。また熱伝達部材２０５、２０６は、複数個所において同じである必要はなく、発熱源の熱容量に応じて、採用する材料や接触面積などを選択すればよい。さらに接触時間を変化させることにより、伝熱量の制御が可能となる。また、本実施形態では、切替え手段が作動すると、これまで接続されていた伝熱経路はほぼ瞬時に断たれてしまう。しかし、熱伝達部材２０５や２０６の形状や硬度を工夫することにより、少しずつ接触面積を徐々に変更することも可能となる。

次に、ワークフローの観点で説明する。図３ａは、ワークフローを示したフローチャートの一例である。電源ＯＦＦ時、回路基板２０８および熱伝導部材２０５は図２ａの状態にある。放射線撮影装置１１５の起動後、放射線撮影装置１１５内の温度は徐々に上昇する。支持基台２０３には、温度センサ２１３があり、放射線撮影装置１１５内の温度を監視している。温度が低い場合、基板から発する熱を放射線検出器２０２側に伝える。装置内の温度がある閾値を超えると上下駆動機構２０４が作動し、基板を熱伝導部材２０５から切り離し、熱伝導部材２０６に接触させる。これにより発熱源を有する回路基板２０８の熱を下筐体２０９に伝達する。放射線検出器２０２の温度が下がってきた場合は、また上下駆動機構２０４作動し、回路基板２０８の熱を支持基台２０３に伝える。

図３ｂは、別のワークフローを示したフローチャートの一例である。放射線撮影装置１１５は、放射線撮影システムに接続されており、図１におけるＲＩＳ端末１０２やＰＡＣＳ端末１０３、ビューワ端末１０４などから撮影情報を得ることができる。撮影モードが静止画と動画の場合では、発熱状況が全く異なる。また、動画撮影においても、フレームレートが異なると放射線撮影装置１１５内の発熱状況も異なる。放射線撮影装置１１５は、選択されたフレームレートとその時点での放射線撮影装置１１５内の温度情報を元に放射線検出器２０２の温度が安定するように熱伝達経路を変更する。

この例では、フレームレートに依って熱伝達経路変更したが、エネルギーサブトラクションなどの撮影手技、撮影部位などの情報を元に熱伝達経路を変更してもよい。また、放射線検出器２０２で取得した画像信号から可視化された画像を再構成する際には、さまざまな画像処理方法が提案されている。例えば、２つの画像を連続して取得し、それら画像を演算して最終的に１つの可視化画像として再構成するやり方がある。また同じく２つの画像を取得し演算を行うが、そのうちの１つの画像の取得を別の時期に行う場合もある。このように画像再構成方法の情報を元に適した状態になるよう熱伝達経路を変更してもよい。

以上の手段により、放射線検出器の温度を安定させ、アーチファクトのない、良好な画像を取得することが可能となる。

（実施形態２）
図４は、本実施形態における伝熱機構を示した図である。支持基台２０３側には、熱伝達部材２１４が配置されている。また熱伝導部材２１５は、アクチュエータ（不図示）に接続された移動機構２１６により、下筐体２０９に接触したままの状態で移動可能に配置されている。熱伝導部材２１５は、移動機構２１６によって移動することにより、熱伝導部材２１４との接触及び離間が可能となる。これにより、放射線検出器２０２で発生した熱の保持や、下筐体２０９への放熱が可能となる。この例では、伝熱機構は１か所だけの配置となっているが、複数個所の配置でもよい。また、本実施形態の伝熱機構と実施形態１の伝熱機構とを組み合わせてもよい。

（実施形態３）
図５は、本実施形態における伝熱機構を示したものである。電気実装物２１２と熱伝導部材２０６の間に別の熱伝導部材２１７が配置されている。この熱伝導部材２１７は、移動機構２１６により、移動可能な構成になっており、図５ａの状態と図５ｂの状態の間を推移することが可能である。この機構により、熱伝導経路を一方向ではなく、多方向にすることが可能となる。また熱伝導部材２１７の形状や位置を工夫することにより、移動させる熱量も連続的に変更することが可能となる。また、本実施形態の伝熱機構と、実施形態１、実施形態２の伝熱機構とを組み合わせてもよい。

（実施形態４）
図６は、本実施形態における構成を示したものである。放射線撮影装置１１５は、ＲＩＳ端末１０２やＰＡＣＳ端末１０３、ビューワ端末１０４を通して、院内システムから撮影情報を得ることができる。撮影条件が決まり有効撮影領域が確定する場合には、上記実施形態で説明した伝熱機構を放射線撮影装置１１５内に配置し、稼働させることによって、被検体３０３の近傍領域３０２のみの温度を安定させることが可能となる。

これらの手段によって必要な撮影領域において放射線検出器の温度を安定させ、アーチファクトのない、良好な画像を取得することが可能となる。

１１５ 放射線撮影装置
２０１ 上筐体
２０２ 放射線検出器
２０３ 支持基台
２０４ 上下駆動機構
２０５、２０６ 熱伝導部材
２０８ 回路基板
２０９ 下筺体

Claims (8)

1. 放射線を電気信号に変換する放射線検出器と、前記放射線検出器を支持する支持基台と、前記放射線検出器から前記電気信号を読み出す回路基板と、前記放射線検出器、前記支持基台、前記回路基板を内部に含む筐体と、を有する放射線撮影装置であって、
   前記回路基板、前記支持基台、前記筐体の間での伝熱経路を変更する変更手段を有することを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記変更手段は、前記回路基板から前記支持基台への伝熱経路と、前記回路基板から前記筐体への伝熱経路と、の間で伝熱経路を切替える請求項１記載の放射線撮影装置。
3. 前記変更手段は、前記支持基台から前記筐体への伝熱経路を接続及び遮断する請求項１記載の放射線撮影装置。
4. 前記変更手段は、前記回路基板から前記筐体への伝熱経路を接続及び遮断する請求項１記載の放射線撮影装置。
5. 装置内の温度を検出する温度センサを有し、前記温度センサの測定結果に応じて、前記伝熱経路を変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
6. 装置外の温度を検出する温度センサを有し、前記温度センサの測定結果に応じて、前記伝熱経路を変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
7. 院内システムと通信する通信手段を有し、通信によって得られる情報に応じて、前記伝熱経路を変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
8. 前記通信によって得られる情報は、フレームレート、撮影部位、撮影モードの少なくとも何れかであることを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。

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