JP2022044622A - 放射線画像撮影装置及び放射線画像撮影システム - Google Patents
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Abstract
Description
従来、放射線画像撮影装置は、撮影台と一体的に形成されたいわゆる専用機型(固定型等ともいう。)のものが主流であったが、近年、撮影台からの分離・持ち運びを可能とした可搬型(カセッテ型等ともいう。)の放射線画像撮影装置が開発され、実用化されている。このような放射線画像撮影装置は、パネル状をしていることから、FPD(Flat Panel Detector)と呼ばれることがある。
そこで、多くの放射線照射装置に対応できるようにするため、放射線照射装置からの信号が無くても、放射線が照射されたことを自ら検知することができるように構成された非連携方式の放射線画像撮影装置の開発が進められている。
このような事態を防ぐため、近年、放射線検知手段から出力される電気信号に基づいて放射線の照射を検知し、その後、電気信号に応じた電荷の極性及び電荷の時間変化を表す波形の振幅の少なくとも一方の時間変化に基づいて、行った放射線の検知が誤検知であったか否かを判定する技術が提案されている(特許文献1参照)。
また、特許文献1に記載された放射線画像撮影装置は、初めの放射線を検知する検知期間では検知したものが放射線であるのか電磁波であるのかを区別できない上、後で誤検知(電磁波)であったと判定すると再び検知期間へ戻るようになっているため、大きな電磁波に晒される環境で使用すると、放射線の誤検知の判断をいつまでも繰り返してしまい、撮影ができないという課題がある。このため、撮影を行うことが出来なくなるだけでなく、撮影出来ない期間に放射線を照射して誤曝させてしまう可能性も出てくる。
二次元状に配置された複数の放射線検出素子と、前記放射線検出素子部に電荷を保持するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する走査線と、前記スイッチ素子を介して接続された信号線と、前記放射線検出素子に接続されたバイアス線と、
放射線が照射されたことを検知する検知手段と、
前記検知手段が放射線の照射を検知したことに基づいて、前記複数の放射線検出素子部に蓄積された電荷の量に基づく画像データを読み出す読み出し部と、
所定期間に前記信号線、前記バイアス線、前記走査線及び前記検知手段の配線を流れる電流のうち少なくとも1つ以上の電流に基づいた信号を複数回サンプリングしてデジタル信号を得るサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られたデジタル信号を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、外乱環境下にあるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
〔放射線画像撮影装置の構成〕
まず、本発明の実施形態に係る放射線画像撮影装置20の具体的構成について説明する。図1は放射線画像撮影装置20の斜視図、図2は放射線画像撮影装置20が備える放射線検知部3の正面図、図3は放射線画像撮影装置20の概略回路構成を表すブロック図、図4は放射線画像撮影装置20の動作を表すタイミングチャートである。
なお、ここでは、放射された放射線を可視光等の他の波長の電磁波に変換して電気信号を得るいわゆる間接型の放射線画像撮影装置を例にして説明するが、本発明は、放射線を検出素子で直接電気信号に変換する、いわゆる直接型の放射線画像撮影装置に対しても適用することができる。
筐体1の一側面には、図1に示したように、電源スイッチ11や切替スイッチ12、インジケーター13、コネクター82等が設けられている。
基板31上には、複数の放射線検出素子34が二次元的に配置されている。
放射線検出素子34の一方の端子には、スイッチ素子であるTFT35のドレイン端子が、他方の端子にはバイアス線がそれぞれ接続されている。
走査線32は、複数のTFT35のゲート端子と接続され、複数の走査線32が配置されている。
各信号線33は、走査線32と直行する様に配置され、複数のTFT35のソース端子と接続され、複数の信号線33が配置されている。
各走査線32と各信号線33のそれぞれの端部には、端子32a、33aが形成され、
基板31から配線を引き出せる構成となっている。
複数のバイアス線36は、結線37で接続され、同様に端子37aが形成されている。
なお、本実施形態のバイアス線36は、結線37で接続する構成としているが、各バイアス線に端子37aを構成しても良いし、所定の本数毎に結線37で接続し、複数の端子37aを構成しても良い。結線37で接続するとバイアス線36を流れる電流が集中し、配線抵抗による電圧降下が大きくなってしまうが、分割することで、電圧降下を低減する効果が得られる。
また、バイアス線36は、配線抵抗の影響を低減するため、全面に面形状となるように配置しても良いし、縦横に配置した配線が交差部で接続した井桁形状となるように配置しても良い。
各放射線検出素子34は、複数の走査線32及び複数の信号線33によって区画された複数の領域r(画素)にそれぞれ設けられている。すなわち、本実施形態の放射線検出素子34は、二次元状(マトリクス状)に分布するよう配列されている。筐体1に収納された放射線検知部3の各放射線検出素子34は、シンチレーター2と対向するようになっている。
なお、TFT35は、複数の領域rの内の幾つかに対しては、放射線検出素子34と信号線33を配線で接続し、TFT35を配置しないものを設けてもよい。
また、TFT35のソースとドレインは同じ機能をするため、入れ替えても良い。
結線37は、基板31の縁部において、走査線32と平行に延びるように設けられている。結線37には、複数のバイアス線36が接続されている。また、結線37の端部には、端子37aが形成されている。
電源回路41は、それぞれ電圧の異なるオン電圧とオフ電圧を生成し、ゲートドライバー42に供給するようになっている。
ゲートドライバー42は、走査線32の各ラインL1~Lxに印加する電圧をオン電圧とオフ電圧との間で順次切り替えるようになっている。
各読み出し回路51は、各信号線33にそれぞれ接続されている。
また、各読み出し回路51は、積分回路51aと相関二重サンプリング回路(以下、CDS回路)51b等で構成されている。
CDS回路51bは、信号を読み出す対象の放射線検出素子34が接続された走査線32にオン電圧を印可する前(オフ電圧を印加している間)に、積分回路51aの出力電圧をサンプリングホールドし、該当の走査線32にオン電圧を印可して放射線検出素子の信号電荷を読み出し、該当の走査線32にオフ電圧を印加した後の積分回路51aの出力電圧の差分を出力するようになっている。
なお、信号電荷を読み出した後の積分回路51aの出力電圧もサンプリングホールドして差分するようにしても良い。
A/D変換器53は、入力されたアナログ電圧値の画像データをデジタル値の画像データに順次変換するようになっている。なお、アナログマルチプレクサー52を利用する構成だけでなく、CDS回路毎にA/D変換機を構成してもよい。
たコンピューターや、FPGA(Field Programmable Gate Array)等で構成されている
。なお、専用の制御回路で構成されていてもよい。
制御部6は、所定の検知方式により放射線の照射開始を検知するようになっている。すなわち、制御部6は本発明における検知手段をなす。具体的な検知方法は特に限られるものでは無いが、例えば、図示しない放射線センサーや読み出し部5からの信号や、バイアス電源9Bの電流変化に基づいて行うようにすることができる。
AND型フラッシュメモリー、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。
通信部8は、アンテナ81やコネクター82を介して外部と無線方式や有線方式で通信を行うようになっている。
内蔵電源9Aは、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ等で構成され、放射線検知部3や走査駆動部4等に電力を供給するようになっている。
そして、図4に示すように、走査駆動部4から走査線32の各ラインL1~Lxを介してTFT35にオン電圧を順次印加し、放射線検出素子34に、信号線に印可された基準電圧とバイアス線に印可されたバイアス電圧の差の逆バイアス電圧を印可するリセット処理を行う。最後のラインLxのリセット処理を終えたら再度最初のラインL1からリセット処理を繰り返す。
放射線の照射が終了した後は、画像データの読み出し処理を行う。まず、ゲートドライバー42から走査線32の各ラインL1~Lxにオン電圧を順次印加して、放射線検出素子34内に蓄積されていた電荷を信号線33に放出させる。
次に、本実施形態に係る放射線画像撮影装置20が行う環境判定について説明する。図5は放射線画像撮影装置の制御部6が実行する環境判定処理のフローチャートであり、図6はサンプリングした信号値の時間的変化を表すグラフ、及び本実施形態に係る放射線画像撮影装置20が当該信号値に所定の演算を施して得られた処理済み信号値の時間的変化を表すグラフである。なお、図6における左の縦一列(a)~(p)のグラフは外乱環境下にあるときのもの、中央の一列(b)~(q)のグラフは、外乱環境下にない状態で放射線の照射を受けていないときのもの、右一列(c)~(r)のグラフは、外乱環境下にない状態で放射線の照射を受けたときのものとなっている。
開始すると、制御部6が図5に示した環境判定処理を実行する。
ステップS1には、制御によるノイズが重畳されるため、ノイズを除去する処理を行う。
ノイズとは、走査線32(TFT35)をオンしたり、オフしたりする際に寄生容量を介して流れる電流で、貫通電流やフィードスルーと呼ばれている。
また、バイアス電流検出回路の積分回路をリセットしている期間では電流変化が検知できないし、リセット開始時と解除時に、同様の貫通電流によるノイズが重畳される。このノイズが発生している期間や電流変化が検知できない期間のデータを使用しない、または、基準値に書き換えるなどのノイズ除去処理をする。
本発明の演算手段はノイズ除去処理を含んでも良い。
また、走査線32のオフと次の走査線32のオンを略同時に行うことで、ノイズを相殺したり、ノイズ発生期間を短くしたりすることが好ましい。
読み出し回路5は、放射線検出素子34から電荷を読み出す動作以外に、下記の機能を内蔵している。
読み出し回路5は、積分回路51aの出力が、アナログマルチプレクサー52に、直接接続されるように、図示しない選択スイッチが構成されている。CDS回路51bを介さないでスルーする機能を内蔵している。
アナログマルチプレクサー52は、ある決まった信号線33がA/D変換器53と接続されるように制御される。
A/D変換器53は、一走査周期内で、複数回のデジタル変換を行い、デジタル信号を出力する。
また、差分する前に、積分回路51aの出力電圧を第二のサンプルホールド回路で、サンプルホールドして、第一のサンプルホールド電圧と差分した電圧を出力しても良い。
また、アナログマルチプレクサー52は、複数の積分回路51aや複数のCDS回路51bとA/D変換器53を接続して、平均化された電圧がA/D変換器に入力されるように構成しても良い。
また、走査線を流れる電流変化を検出するため、オフ電圧の電流変化を検出する走査線電流検出方式やX線センサーを用いた方式においても同様に構成することが可能である。
また、同一の環境判定手段に複数のA/D変換器を組み合わせて構成して、A/D変換器の変換周期を異なるように制御することも可能である。
また、信号電流検出方式では、読み出し回路5毎にA/D変換器の変換周期を異なるように制御してもよい。それは、サンプリングの定理により、外乱の周波数によって検知しやすい変換周期が異なるためである。
スイッチ素子は、FET等のトランジスタで構成しており、ゲート電極にオン(ON)電圧やオフ(OFF)電圧を印加している。図6では、これをゲートONとゲートOFFと記載している。
なお、オフセットの温度変化を考慮して、温度水準毎にオフセット差分用信号を取得しておくようにすれば、オフセット成分除去の精度が向上する。
また、放射線が照射されていない撮影準備中に、サンプリング手段によりステップS1で取得した信号の走査回数方向にローパスフィルタ演算や移動平均等の演算処理を行い電磁波等のノイズを低減した信号をオフセット成分としても良い。走査回数方向とは、走査1回目のタイミング1で取得した信号と走査2回目のタイミング1で取得した信号を演算処理することを表している。
号付累積データを差分する(所定の演算を施す)。これにより、図6(p),(q)又は(r)に示したようなグラフで表される判定データが得られる。すなわち、本発明における演算手段は差分手段を含む。
なお、ステップS3においては、絶対値累積データから符号付累積データを差分するだけでなく、処理済みデータにおけるマイナスの値のみを抽出して符号を反転させ、それらを累積したものを絶対値累積データから符号付累積データを差分した値の代わりに用いるようにしてもよい。差分演算をしていないが、前記差分手段と同じ結果が得られるため、差分手段と等価である。
差分後のグラフを比較すると、外乱環境下でサンプリングしたデータに基づく図6(p)のグラフのみ信号値が大きく増加し、他のグラフは横ばいになっていることが見て取れる。
ここで、判定データは累積演算しているため、図6の(p)、(q),(r)の右端の信号値が閾値未満かを判定すれば良く、閾値未満と判定した場合(データが図6(q)又は(r)であった場合、ステップS4;Yes)には、自身(放射線画像撮影装置20)が外乱環境下に置かれていないということで、放射線の照射を検知する検知動作を開始する(ステップS5)。このように、外乱環境下に置かれていないことが確認できてから検知動作を開始するので、放射線を検知したと判断する前に外乱環境下であるかを判断し、誤って外乱環境下で撮影を行い、撮影に失敗してしまうのを防ぐことができる。
また、このようにすれば、外乱源によりうまく撮影ができないあるいは動作しない場合に、ユーザーがそれらの原因を容易に把握することができる。
放射線の照射を検知する検知動作の停止は、検知動作内の判定処理のみを停止することで実現しても良い。環境判定処理と検知動作の演算を並行して行えるため、X線照射開始判定の遅延を減らすことができるので好ましい。
また、外乱環境下にあると判断されている間は、検知動作の演算を初期化することで、検知動作を停止することも可能となる。
また、放射線検知動作を再開させる際には、外乱環境下に存在したときの影響を除去するため、動作停止前の信号値を初期化するようにするのが好ましい。
(放射線検知閾値)を、環境判定処理の演算で得られた値に基づいて変更する様にした方が好ましい。外乱環境下でも誤検知することなく放射線の照射を検知することができる。例えば、絶対値累積データから符号付累積データを差分した差分値に基づいた値(例えば、係数を掛けたもの)を検知動作内の判定処理の放射線検知閾値に加算することで、誤検知を防止する。
放射線の照射を検知する検知動作として、例えば、符号付累積データを用いて、この値が放射線検知閾値以上であれば、放射線が照射されていると判定することが可能である。また、この放射線検知閾値を環境判定処理の演算で得られた値に基づいて変更することが可能である。演算処理の処理内容だけで、外乱環境判定処理と放射線の照射を検知する検知動作を実現でき、ハード構成を変更することなく、機能の追加や削除、演算処理の向上が可能となる。
その結果、当該外乱を放射線と誤検知する前に、外乱環境下に置かれていることを判定することができる。
また、信号線は、放射線画像撮影装置に従来備えられている配線であり、電流の変化を検出する積分回路に接続されているため、新たにコストをかけることなく外乱環境下に置かれていることを判定できるようになる。
このようにすれば、ヒステリシスを持たせることとなり、外乱環境下である、あるいは外乱環境下ではない判断が短時間で何度も変わるチャタリング現象の発生を抑制することが可能となる。
以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
なお、ステップS1とS2Aの処理の間で、上記実施形態のステップS2の処理(デジタル化した信号値のオフセット成分を除去)を行うようにしてもよい。
具体的には、ステップS1の処理の後、デジタル化した信号値(図10(a),(b)又は(c)に示したグラフ)を1回微分し、得られた信号値(図10(d),(e)又は(f)を更に微分する(ステップS2B)。すると、図10(g),(h)又は(i)に示したようなグラフが得られる。すなわち、本変形例における制御部6も、本発明における微分手段をなす。そして、ステップS2Bの処理の後は、上記実施形態のステップS4以降の処理と同様の処理を行う。
図10に示したように、2回微分すると、絶対値加算した信号値の状態でも、外乱の有無による信号値の差が大きくなるので、ステップS3の処理を行わなくても比較的容易に外乱の有無を判定できるようになる。
なお、必要に応じて、ステップS3の処理を行うようにしてもよい。
同様に、微分する際のサンプリング間隔間が異なる複数の演算処理をして、それぞれに対応した閾値を用いて外乱環境下か判定しても良い。
次に、上記放射線画像撮影装置20を用いて構成した放射線画像撮影システム100の構成について説明する。図11,12は、放射線画像撮影システム100の模式図である。
また、放射線画像撮影システム100には、必要に応じて、図示しない放射線科情報システム(Radiology Information System、RIS)や、画像保存通信システム(Picture Archiving and Communication System:PACS)等が接続される。
放射線源10aは、放射線を生成可能な図示しない回転陽極や回転陽極に電子ビームを照射するフィラメント等を有している。
ジェネレーター10bは、放射線源10aが設定された管電圧や管電流、照射時間(mAs値)等に応じた線量の放射線を照射するように制御する。
操作卓10cは、放射線技師等のユーザーが操作可能な曝射スイッチ10dを備えている。そして、操作卓10cは、曝射スイッチ10dが操作されたことに基づいて、ジェネレーター10bに対し放射線の照射開始等を指示するようになっている。
なお、放射線画像撮影装置20の詳細については後述する。
表示部30aは、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)等で構成されている。
操作部30bは、マウスやキーボード、タッチパネル等で構成されている。
なお、中継器40を介すことなく、放射線画像撮影装置20とコンソール30間で直接に送受信するように構成してもよい。
置20、中継器40等を撮影室Ra内に配置し、放射線照射装置10の操作卓10cや、コンソール30等を前室Rb(操作室等ともいう。)に設置するようにする。その際、放射線画像撮影装置20を、撮影台(立位撮影用の撮影台50Aや臥位撮影用の撮影台50B)のカセッテホルダー50aに装填して用いるように構成することが可能である。中継器40を撮影室Ra内に配置することで、コンソール30を前室Rbに設置しても、無線通信性能を維持したり、有線ケーブルの接続を容易にしたりすることが可能となる。
10 放射線照射装置
10a 放射線源
10b ジェネレーター
10c 操作卓
10d曝射スイッチ
20 放射線画像撮影装置
1筐体
11 電源スイッチ
12 切替スイッチ
13 インジケーター
2シンチレーター
3放射線検知部
31 基板
32 走査線
33 信号線
34 放射線検出素子
35 TFT
36 バイアス線
37 結線
4 走査駆動部
41 電源回路
42 ゲートドライバー
5 読み出し部
51 読み出し回路
51a 積分回路
51b 相関二重サンプリング回路
52 アナログマルチプレクサー
53 A/D変換器
6 制御部
7 記憶部
8 通信部
81 アンテナ
82 コネクター
9A 内蔵電源
9B バイアス電源
30 コンソール
30a 表示部
30b 操作部
40 中継器
50A,50B 撮影台
50a カセッテホルダー
60 回診車
r (基板上に区画された)領域(画素)
B ベッド
H 患者
U ユーザー
二次元状に配置された複数の放射線検出素子と、前記放射線検出素子部に電荷を保持するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する走査線と、前記スイッチ素子を介して接続された信号線と、前記放射線検出素子に接続されたバイアス線と、
放射線が照射されたことを検知する検知動作を行う検知手段と、
前記検知手段が放射線の照射を検知したことに基づいて、前記複数の放射線検出素子部に蓄積された電荷の量に基づく画像データを読み出す読み出し部と、
を備え、
前記バイアス線は井桁形状に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る放射線画像撮影装置は、
二次元状に配置された複数の放射線検出素子と、前記放射線検出素子部に電荷を保持するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する走査線と、前記スイッチ素子を介して接続された信号線と、前記放射線検出素子に接続されたバイアス線と、
放射線が照射されたことを検知する検知動作を行う検知手段と、
前記検知手段が放射線の照射を検知したことに基づいて、前記複数の放射線検出素子部に蓄積された電荷の量に基づく画像データを読み出す読み出し部と、
を備え、
前記バイアス線は面形状に配置されていることを特徴とする。
Claims (11)
- 二次元状に配置された複数の放射線検出素子と、前記放射線検出素子部に電荷を保持するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を駆動する走査線と、前記スイッチ素子を介して接続された信号線と、前記放射線検出素子に接続されたバイアス線と、
放射線が照射されたことを検知する検知手段と、
前記検知手段が放射線の照射を検知したことに基づいて、前記複数の放射線検出素子部に蓄積された電荷の量に基づく画像データを読み出す読み出し部と、
所定期間に前記信号線、前記バイアス線、前記走査線及び前記検知手段の配線を流れる電流のうち少なくとも1つ以上の電流に基づいた信号を複数回サンプリングしてデジタル信号を得るサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られたデジタル信号を演算する演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づいて、外乱環境下にあるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。 - 前記演算手段は、前記サンプリング手段により得られた前記デジタル信号を1回以上微
分する微分手段を含む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。 - 前記演算手段は、前記サンプリング手段により得られた前記デジタル信号からオフセット成分を除去するオフセット除去手段を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線画像撮影装置。
- 前記演算手段は、微分手段の演算結果、又は、オフセット除去手段の演算結果に対し、符号に着目した演算をする差分手段を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。
- 前記検知手段は、前記判定手段が前記外乱環境下に置かれていないと判定した後に、前記放射線の照射を検知する検知動作を開始することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。
- 前記検知手段は、
前記検知動作を、前記判定手段の動作と並行して行うことが可能であり、
前記検知動作を行っている間に、前記判定手段が前記外乱環境下に置かれていると判定した場合に、前記検知動作を停止することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記検知手段が、放射線が照射されたと判断するための放射線検知閾値を、前記演算結果に応じて可変すること特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。
- 前記判定手段は、前記所定期間毎に前記判定データを構成する信号値と、所定の閾値とを比較し、
前記検知手段は、
前記検知動作を行っている間に、前記判定手段が、前記信号値のうち少なくとも一部が閾値以上であると判定した場合、当該検知動作を停止し、
前記検知動作を停止している間に、前記判定手段が、前記信号値がいずれも閾値未満であると判定した場合、当該検知動作を再開することを特徴とする請求項4から7のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記検知動作を行っている間に前記判定手段が用いる閾値は、前記検知動作を停止して
いる間に前記判定手段が用いる閾値よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の放射線画像撮影装置。 - 前記判定手段が前記外乱環境下に置かれていると判定した場合に、ユーザーに外乱源が近くに存在することを通知する通知手段を備えることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の放射線画像撮影装置と、
前記放射線画像撮影装置に放射線を照射する放射線照射装置と、を備えることを特徴とする放射線画像撮影システム。
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