JP3945738B2 - 放射線撮像装置、撮像装置、放射線撮像方法及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像装置及び方法に関し、検出素子を駆動して信号を読み出して処理する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のX線撮像装置では、X線源から医療患者のような被分析対象を通してX線ビームを投射する。X線ビームが被検体を通過した後、通常イメージ倍増管がX線放射を可視光像に変換し、ビデオカメラが可視像からアナログビデオ信号を作成し、モニタに表示する。アナログビデオ信号を作成するので、自動輝度調節及び画像強調のための画像処理がアナログ領域で行われる。
【0003】
すでに、高分解能の固体X線検出器が提案されており、これは各次元に3000〜4000個のフォトダイオードなどに代表される検出素子を用いた2次元アレーで構成される。各素子は検出器に投射されるX線像の画素輝度に対応する電気信号を作成する。各検出素子からの信号は個別に読み出されてディジタル化され、その後で画像処理、記憶及び表示される。
【0004】
さて、医療用X線画像では4096階調以上が要求される。更にX線照射量を抑えて被爆量を低減することが望まれるため、画像信号量も制約を受ける。このため、一般的な撮像素子に比べ極端に低ノイズシステムが要求される。
【0005】
また、医療用X線撮影では、X線の散乱による影響を抑えるためにグリッドが使用されるが、固定グリッドは一般的に固体X線撮像素子との相性が悪く、エリアジングなどの問題が発生するため、移動グリッドを使用してシステムを構築する場合がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べた通り医療用X線撮像装置では低ノイズが要求されるが、この移動グリッドによる振動が新たなノイズ源となりうる。これは、例えば基準電位を生成している回路中に使用している高誘電系のコンデンサなどの圧電効果によるものであったり、単に振動により読み出し回路中の寄生容量が変動したりするためである。
【0007】
最良の画質を得るためには、グリッド駆動制御、X線検出器の移動制御、及びX線検出器の駆動方法を適切に行わなければならないという問題が生じる。
【0008】
そこで本発明は、極めて簡易な構成で、グリッドやX線検出手段等の振動の影響を受けることなく容易且つ確実に良質の画像を得ることを可能とする放射線撮像装置(撮像装置)及び撮像方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【0010】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記検出手段の読み出しに関連する動作期間中には前記駆動手段が前記素子を加速度を生ぜしめない一定速度で動作させるように制御することを特徴とする。
【0011】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記検出手段の読み出しに関連する動作期間中には前記駆動手段が前記素子を等加速度で動作させるように制御することを特徴とする。
【0012】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記検出手段は、放射線としてX線を検出するものである。
【0013】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記検出手段は、放射線としてX線を検出するものである。
【0014】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記一定速度は、前記素子の静止状態を含む。
【0015】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記所定の素子は、放射線グリッドである。
【0016】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記所定の素子は、前記検出手段である。
【0017】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段と、前記駆動手段の動作に伴う前記検出手段の振動を検出するための振動検知手段とを有し、前記制御手段は、前記検出手段の画像読み出しに関連する動作期間中には前記振動検知手段の値が既定値以下の振動状態であることを確認して、画像取得に関する駆動を行うように制御することを特徴とする。
【0018】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記検出手段は、放射線としてX線を検出するものである。
【0019】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記一定速度は、前記素子の静止状態を含む。
【0020】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記所定の素子は、放射線グリッドである。
【0021】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記所定の素子は、前記検出手段である。
【0022】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記検出手段による補正画像取得中には前記駆動手段が前記素子を加速度を生ぜしめない一定速度で動作させるように制御することを特徴とする。
【0023】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記検出手段による補正画像取得中には前記駆動手段が前記素子を等加速度で動作させるように制御することを特徴とする。
【0024】
本発明の撮像装置は、被写体の撮像を行う撮像装置であって、前記被写体の画像を得るための読み出しセンサと、前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを等速度で移動させる制御手段とを有することを特徴とする。
【0025】
本発明の撮像装置は、被写体の撮像を行う撮像装置であって、前記被写体の画像を得るための読み出しセンサと、前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを等加速度で移動させる制御手段とを有することを特徴とする。
【0026】
本発明の放射線撮像方法は、放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作期間中には前記素子を加速度を生ぜしめない一定速度で動作させるように制御することを特徴とする。
【0027】
本発明の放射線撮像方法は、放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作期間中には前記素子を等加速度で動作させるように制御することを特徴とする。
【0028】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記検出手段は、前記放射線としてX線を検出する。
【0029】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記一定速度は、前記素子の静止状態を含む。
【0030】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記所定の素子は、放射線グリッドである。
【0031】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記所定の素子は、前記検出手段である。
【0032】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段の読み出しに関連する動作期間中には前記駆動手段が前記素子を振動の収束した定常状態で動作させるように制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【0033】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記定常状態は、等加速度の状態である。
【0034】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記定常状態は、等速度の状態である。
【0035】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段の読み出しに関連する動作を、前記素子が振動の生じる非定常状態で動作する期間を除き、前記駆動手段が前記素子を振動の収束した定常状態で動作させる期間に実行するように制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【0036】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記定常状態は、等加速度の状態である。
【0037】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記定常状態は、等速度の状態である。
【0038】
本発明の放射線撮像方法は、放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作期間中には前記素子を振動の収束した定常状態で動作させるように制御することを特徴とする。
【0039】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記定常状態は、等加速度の状態である。
【0040】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記定常状態は、等速度の状態である。
【0041】
本発明の放射線撮像方法は、放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、前記二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作を、前記素子が振動の生じる非定常状態で動作する期間を除き、前記素子を振動の収束した定常状態で動作させる期間に実行することを特徴とする。
【0042】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記定常状態は、等加速度の状態である。
【0043】
本発明の放射線撮像方法の一態様では、前記定常状態は、等速度の状態である。
【0047】
本発明の放射線撮像装置は、放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、予め予測された前記駆動手段に振動が生じる期間を除き、前記検出手段の画像読み出しに関連する動作期間を設定して、当該動作期間に画像取得に関する駆動を行うように制御することを特徴とする。
【0048】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記所定の素子は、放射線グリッドである。
【0049】
本発明の放射線撮像装置の一態様では、前記所定の素子は、前記検出手段である。
【0050】
本発明の撮像装置は、被写体の撮像を行う撮像装置であって、前記被写体の画像を得るための読み出しセンサを備え、前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを振動の収束した定常状態で移動させることを特徴とする。
【0051】
本発明の撮像装置は、被写体の撮像を行う撮像装置であって、前記被写体の画像を得るための読み出しセンサを備え、前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを等加速度で移動させることを特徴とする。
【0052】
本発明の記録媒体は、前記放射線撮像装置を構成する各構成要素としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納したコンピュータ読取り可能なものである。
【0053】
本発明の記録媒体は、前記放射線撮像方法の処理手順を実行させるためのプログラムを格納したコンピュータ読取り可能なものである。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0055】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の一実施形態を示すX線撮像システムの構成を示すブロック図である。
ここで、10はX線室、12はX線制御室、14は診断室である。
【0056】
X線制御室12には、本X線撮像システムの全体的な動作を制御するシステム制御器20が配置される。X線曝射要求SW、タッチパネル、マウス、キーボード、ジョイスティック及びフットスイッチなどからなる操作者インターフェース22は、操作者21が種々の指令をシステム制御器20に入力するのに使用される。操作者21の指示内容は、例えば、撮影条件(静止画/動画、X線管電圧、管電流及びX線照射時間など)、撮影タイミング、画像処理条件、被検者ID及び取込み画像の処理方法などがある。撮像制御器24は、X線室10に置かれるX線撮像系を制御し、画像処理器26はX線室10のX線撮像系による画像を画像処理する。画像処理器26における画像処理は、例えば、画像データの補正、空間フィルタリング、リカーシブ処理、階調処理、散乱線補正及びダイナミックレンジ(DR)圧縮処理などである。
【0057】
28は、画像処理器26により処理された基本画像データを記憶する大容量高速の記憶装置であり、例えば、(RAID)等のハードディスクアレーからなる。30は映像を表示するモニタディスプレイ(以下、モニタと略す。)、32はモニタ30を制御して種々の文字及び画像を表示させる表示制御器、34は、大容量の外部記憶装置(例えば、光磁気ディスク)、36はX線制御室12と診断室14とを接続し、X線室10での撮影画像などを診断室14の装置に転送するLANボードである。
【0058】
X線室10には、X線を発生するX線発生器40が置かれる。X線発生器40は、X線を発生するX線管球42、撮像制御器24により制御されてX線管球42を駆動する高圧発生源44、及びX線管球42により発生されたX線ビームを所望の撮像領域に絞り込むX線絞り46からなる。撮影用寝台48上に被検体としての患者50が横たわる。撮影用寝台48は、撮像制御器24からの制御信号に従って駆動され、X線発生器40からのX線ビームに対する患者の向きを変更できる。撮影用寝台48の下には、被検体50及び撮影用寝台48を透過したX線ビームを検出するX線検出器52が配置されている。
【0059】
X線検出器52は、グリッド54、シンチレータ56、光検出器アレー58及びX線露光量モニタ60の積層体と、光検出器アレー58を駆動する駆動器62とからなる。グリッド54は、被検体50を透過することによって生じるX線散乱の影響を低減するために設けられている。グリッド54はX線低吸収部材と高吸収部材とからなり、例えば、AlとPbのストライプ構造からなる。光検出器アレー58とグリッド54との格子比の関係によりモアレが生じていることがないように、X線照射時には、X線検出器52は、撮像制御器24からの設定に基づいて駆動器62の制御信号に従いグリッド54を振動させる。
【0060】
シンチレータ56では、エネルギーの高いX線によって蛍光体の母体物質が励起(吸収)され、その再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が発生する。即ち、X線を可視光に変換する。
【0061】
その蛍光はCaWo4やCdWo4などの母体自身によるものや、CsI:T1やZnS:Agなどの母体内に付加された発光中心物質によるものがある。光検出器アレー58は、シンチレータ56による可視光を電気信号に変換する。
【0062】
X線露光量モニタ60は、X線透過量を監視する目的で配置される。X線露光量モニタ60としては、結晶シリコンの受光素子などを用いて直接X線を検出しても良いし、シンチレータ56による蛍光を検出してもよい。この実施形態では、X線露光量モニタ60は、光検出器アレー58の基板裏面に成膜されたアモルファス・シリコン受光素子からなり、光検出器アレー58を透過した過視光(X線量に比例する。)を検知して、その光量情報を撮像制御器24に伝達する。撮像制御器24は、X線露光量モニタ60からの情報に基づいて高圧発生電源40を制御し、X線量を調節する。
【0063】
駆動器62は、撮像制御器24の制御下で光検出器アレー58を駆動し、各画素から信号を読み出す。なお、光検出器アレー58及び駆動器62の動作については、後で詳細に説明する。
【0064】
診断室14には、LANボード36からの画像を画像処理したり、診断支援する画像処理端末70やLANボード36からの画像(動画像/静止画)を映像表示モニタ72、イメージ・プリンタ74及び画像データを格納するファイルサーバ76が設けられている。
【0065】
なお、システム制御器20からの各機器に対する制御信号は、X線制御室12内の操作者インターフェース22、或いは、診断室14内にある画像処理端末70からの指示により発生可能である。
【0066】
次に、システム制御器20の基本的な動作を説明する。
システム制御器20は、X線撮像系のシーケンスを制御する撮像制御器24に、操作者21の指示に基づいて撮影条件を指令し、撮像制御器24は、その指令に基づき、X線発生器40、撮影用寝台48及びX線検出器52を駆動して、X線像を撮影させる。X線検出器52から出力されるX線画像信号は、画像処理器26に供給され、操作者21指定の画像処理を施されてモニタ30に画像表示され、同時に、基本画像データとして記憶装置28に格納される。システム制御器20は更に、操作者21の指示に基づいて、再画像処理とその結果の画像表示、ネットワーク上の装置への画像データの転送、保存、映像表示及びフィルム印刷等を実行する。
【0067】
次に、信号の流れに従って、図1に示すシステムの基本的な動作を説明する。X線発生器40の高圧電圧源44は、撮像制御器24からの制御信号に従いX線管球42にX線発生のための高圧を印加する。これにより、X線管球42はX線ビームを発生する。発生されたX線ビームはX線絞り46を介して被検体たる患者50に照射される。X線絞り46は、X線ビームを照射すべき位置に応じて撮像制御器24により制御される。即ち、X線絞り46は、撮像領域の変更に伴い、不必要なX線照射を行なわないようにX線ビームを整形する。
【0068】
X線発生器40が出力するX線ビームは、X線透過性の撮影用寝台48の上に横たわった被検体50、及び撮影用寝台48を透過してX線検出器52に入射する。なお、撮影用寝台48は、被検体の異なる部位又は方向でX線ビームが透過するように撮像制御器24により制御される。
【0069】
X線検出器52のグリッド54は、被検体50を透過することによって生じるX線散乱の影響を低減する。撮像制御器24は、光検出器アレー58とグリッド54との格子比の関係によりモアレが生じないように、X線照射時にグリッド54を振動させる。シンチレータ56では、エネルギーの高いX線によって蛍光体の母体物質が励起(X線を吸収)され、その際に発生する再結合エネルギーにより可視領域の蛍光を発生する。シンチレータ56に隣接して配置された光検出器アレー58は、シンチレータ56で発生する蛍光を電気信号に変換する。即ち、シンチレータ56がX線像を過視光像に変換し、光検出器アレー58が過視光像を電気信号に変換する。X線露光量モニタ60は、光検出器アレー58を透過した過視光(X線量に比例)を検出し、その検出量情報を撮像制御器24に供給する。撮像制御器24は、このX線露光量情報に基づき高圧発生電源44を制御して、X線を遮断又は調節する。駆動器62は、撮像制御器24の制御下で光検出器アレー58を駆動し、各光検出器から画素信号を読み出す。なお、光検出器アレー58と駆動器62の詳細については、後述する。
【0070】
X線検出器52から出力される画素信号は、X線制御室12内の画像処理器26に印加される。X線室10内はX線発生に伴うノイズが大きいので、X線検出器52から画像処理器26への信号伝送路は耐雑音性の高いものである必要があり、具体的には、高度の誤り訂正機能を具備するディジタル伝送系としたり、差動ドライバによるシールド付きより対線又は光ファイバを用いることが望ましいことはいうまでもない。
【0071】
画像処理器26は、詳細は後述するが、システム制御器20からの指令に基づき画像信号の表示形式を切り換えるが、その他には、画像信号の補正、空間フィルタリング及びリカーシブ処理などをリアルタイムで行ない、階調処理、散乱線補正及びDR圧縮処理などを実行できる。画像処理器26により処理された画像は、モニタ30の画面に表示される。
【0072】
リアルタイム画像処理と同時に、画像補正のみを行なわれた画像情報(基本画像)は、記憶装置28に保存される。また、操作者21の指示に基づいて、記憶装置28に格納される画像情報は、所定の規格(例えば、Image Save&Carry(IS&C))を満たすように再構成された後に、外部記憶装置34及びファイル・サーバ76内のハードディスクなどに格納される。
【0073】
X線制御室12の装置は、LANボード36を介してLAN(又はWAN)に接続する。
LANには、複数のX線撮像システムを接続できることは勿論である。LANボード36は、所定のプロトコル(例えば、Digital Imaging and Communications in Medicine(DICOM))に従って、画像データを出力する。LAN(又はWAN)に接続されたモニタ72の画面にX線画像を高解像静止画及び動画を表示することにより、X線撮影とほぼ同時に、医師によるリアルタイム遠隔診断が可能になる。
【0074】
図2は、光検出器アレー58の構成単位の等価回路の一例を示す回路図である。
1つの素子は、光検出部80と電荷の蓄積及び読み取りを制御するスイッチング薄膜トランジスタ(TFT)82とからなり、一般には、ガラス基板上にアモルファスシリコン(a−Si)により形成される。光検出部80は更に、光ダイオード80aとコンデンサ80bの並列回路、及び、前記コンデンサ80bと直列に接続されたコンデンサ80cとからなる。また、光電効果による電荷を定電流源81として記述している。コンデンサ80bは光ダイオード80aの寄生容量でも、光ダイオード80aのダイナミックレンジを改善する追加的なコンデンサでもよい。光検出部80の共通バイアス電極(以下、D電極)はバイアス配線Lbを介してバイアス電源84に接続する。光検出部80のスイッチングTFT82側電極(以下、G電極)は、スイッチングTFT82を介してコンデンサ86及び電荷読出し用プリアンプ88に接続する。プリアンプ88の入力はまた、リセット用スイッチ90及び信号線バイアス電源91を介してアースに接続する。
【0075】
ここで、図3を用いて光検出部80のデバイス動作について説明する。
図3(a)、(b)はそれぞれ本実施形態のリフレッシュ及び光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギバンド図であり、各層の厚さ方向の状態を表している。301はCrで形成された下部電極(G電極)である。302は電子、ホール共に通過を阻止するSiNで形成された絶縁層であり、その厚みはトンネル効果により電子、ホールが移動できないほどの厚さである50nm以上に設定される。303は水素化アモルファスシリコンa−Siの真性半導体i層で形成された光電変換半導体層、304は光電変換半導体層303へのホールの注入を阻止するa−Siのn層の注入阻止層、305はAlで形成される上部電極(D電極)である。本実施形態ではD電極はn層を完全には覆っていないがD電極とn層との間は電子の移動が自由に行われるためD電極とn層の電位は常に同電位であり以下の説明ではそれを前提としている。本光電変換素子にはD電極、G電極の電圧印加の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードとの2種類の動作がある。
【0076】
図3(a)において、D電極はG電極に対して負の電位が与えられており、i層303中の黒丸で示されたホールは電界によりD電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はi層303に注入される。このとき一部のホールと電子はn層304,i層303において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けばi層303内のホールはi層304から掃き出される。
【0077】
この状態から光電変換モードの図3(b)のようにするには、D電極にG電極に対して正の電位を与える。するとi層303中の電子は瞬時にD電極に導かれる。しかし、ホールはn層304が注入阻止層として働くためi層303に導かれる事はない。この状態でi層303に光が入射すると、光は吸収されて電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりD電極に導かれ、ホールはi層303内を移動してi層303と絶縁層302との界面に達する。しかし、絶縁層302内には移動できないため、i層303内の絶縁層302界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つため電流がG電極から流れる。この電流は光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。ある期間、光電変換モードの図3(b)の状態を保った後、再びリフレッシュモードの図3(a)の状態になると、i層303に留まっていたホールは前述のようにD電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時、i層303内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定であるため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施形態においての光電変換素子はリアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も出力する事もできる。
【0078】
しかしながら、何等かの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、光の入射があるにもかかわらず電流が流れない事がある。これは図3(c)のように、i層303内にホールが多数留まり、このホールのためi層303内のホールと再結合してしまうからである。この状態で光の入射の状態が変化すると、電流が不安定に流れる事もあるが、再びリフレッシュモードにすればi層303のホールは掃き出され次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が流れる。
【0079】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでi層303内のホールを掃き出す場合、全てのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを引き出すだけでも効果は有り、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において図3(c)の状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのD電極のG電極に対する電位、リフレッシュモードの期間及びn層304の注入阻止層の特性を決めればよい。また、更にリフレッシュモードにおいてi層303への電子の注入は必要条件ではなく、D電極のG電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数i層303に留まっている場合には例えD電極のG電極に対する電位が上であってもi層303内の電界はホールをD電極に導く方向に加わるからである。n層304の注入阻止層の特性も同様に電子をi層303に注入できる事が必要条件ではない。
【0080】
図2に戻り、1画素の信号の読み出しについて述べる。
先ず、スイッチングTFT82とリセット用スイッチ90を一時的にオンにし、バイアス電源84をリフレッシュモード時の電位に設定する。コンデンサ80b,80cがリセットされた後に、バイアス電源84を光電変換モード時の電位に設定し、スイッチングTFT82とリセット用スイッチ90を順次オフにする。一その後、X線を発生させて、被検体50に曝射する。シンチレータ54が被検体50を透過してX線像を可視光線像に変換し、光ダイオード80aは、その可視光線像により導通状態になり、コンデンサ80bの電荷を放電させる。スイッチングTFT82をオンにして、コンデンサ80bとコンデンサ86を接続する。これにより、コンデンサ80cの情報がコンデンサ86にも伝達される。プリアンプ88によりコンデンサ86の蓄積電荷による電圧の増幅、もしくは点線で示されたコンデンサ89により電荷−電圧変換され、外部に出力される。
【0081】
図4は、光検出器アレー58の構成単位の等価回路の別の一例を示す回路図である。
1つの素子は、光検出部80と電荷の蓄積及び読み取りを制御するスイッチング薄膜トランジスタ(TFT)82とからなり、一般には、ガラス基板上にアモルファスシリコン(a−Si)により形成される。光検出部80は更に、光ダイオード80aとコンデンサ80bの並列回路からなり、光電効果による電荷を定電流源81として記述している。コンデンサ80bは光ダイオード80aの寄生容量でも、光ダイオード80aのダイナミックレンジを改善する追加的なコンデンサでもよい。光検出部80(光ダイオード80a)のカソードは共通電極(D電極)であるバイアス配線Lbを介してバイアス電源85に接続する。光検出部80(光ダイオード80a)のアノードは、ゲート電極(G電極)からスイッチングTFT82を介してコンデンサ86及び電荷読出し用プリアンプ88に接続する。プリアンプ88の入力はまた、リセット用スイッチ90及び信号線バイアス電源91を介してアースに接続する。
【0082】
先ず、スイッチングTFT82とリセット用スイッチ90を一時的にオンにして、コンデンサ80bをリセットし、スイッチングTFT82とリセット用スイッチ90をオフにする。その後、X線を発生させて、被検体50に曝射する。シンチレータ54が被検体50を透過してX線像を可視光線像に変換し、光ダイオード80aは、その可視光線像により導通状態になり、コンデンサ80bの電荷を放電させる。スイッチングTFT82をオンにして、コンデンサ80bとコンデンサ86を接続する。これにより、コンデンサ80bの放電量の情報がコンデンサ86にも伝達される。プリアンプ88によりコンデンサ86の蓄積電荷による電圧の増幅、もしくは点線で示されたコンデンサ89により電荷−電圧変換され、外部に出力される。
【0083】
次に、図2、図4に示す光電変換素子を2次元に拡張して構成した場合の光電変換動作を説明する。図5は2次元配列の光電変換素子を具備する光検出器アレー58の等価回路である。
2次元読み出し動作は前記2種類の等価回路において同様であるので、図5は、図4に示した等価回路を用いて示している。
【0084】
光検出器アレー58は、2000×2000〜4000×4000程度の画素から構成され、アレー面積は200mm×200mm〜500mm×500mm程度である。図3では、光検出器アレー58は4096×4096の画素から構成され、アレー面積は430mm×430mmである。従って、1画素のサイズは約105μm×105μmである。横方向に配置した4096個の画素を1ブロックとし、4096個のブロックを縦方向に配置して、2次元構成としている。
【0085】
図5では、4096×4096画素からなる光検出器アレーを1枚の基板で構成しているが、2048×2048画素を持つ4枚の光検出器アレーを組み合わせてもよいことは勿論である。この場合、4つの光検出器アレーを組み付ける手間が発生するものの、各光検出器アレーの歩留まりが向上するので、全体としても歩留まりが向上するという利点がある。
【0086】
図2、図4で説明したように、1つの画素は、1つの光検出部80とスイッチングTFT82とからなる。光電変換素子PD(1,1)〜(4096,4096)は光検出部80に対応し、転送用スイッチSW(1,1)〜(4096,4096)はスイッチングTFT82に対応する。光電変換素子PD(m,n)のゲート電極(G電極)は、対応するスイッチSW(m,n)を介してその列に対する共通の列信号線Lcmに接続する。例えば、第1列の光電変換素子PD(1,1)〜(4096,1)は、第1の列信号線Lc1に接続する。各光電変換素子PD(m,n)の共通電極(D電極)は全て、バイアス配線Lbを介してバイアス電源85に接続する。
【0087】
同じ行のスイッチSW(m,n)の制御端子は、共通の行選択線Lrnに接続する。例えば、第1行のスイッチSW(1,1)〜(1,4096)は、行選択線Lr1に接続する。行選択線Lr1〜4096は、ラインセレクタ92を介して撮像制御器24に接続する。ラインセレクタ92は、撮像制御器24からの制御信号を解読し、どのラインの光電変換素子の信号電荷を読み出すべきかを決定するアドレスデコーダ94と、アドレスデコ一ダ94の出力に従って開閉される4096個のスイッチ素子96から構成される。この構成により、任意のラインLrnに接続するスイッチSW(m,n)に接続する光電変換素子PD(m,n)の信号電荷を読み出すことができる。ラインセレクタ92は、最も簡単な構成としては、単に液晶ディスプレイなどに用いられているシフトレジスタによって構成してもよい。
【0088】
列信号線Lc1〜4096は、撮像制御器24により制御される信号読出し回路100に接続する。信号読出し回路100で、102−1〜4096はリセット用スイッチであり、それぞれ列信号線Lc1〜4096をリセット基準電位101にリセットする。106−1〜4096は、それぞれ列信号線Lc1〜4096からの信号電位を増幅するプリアンプ、108−1〜4096はそれぞれプリアンプ、106−1〜4096の出力をサンプルホールドするサンプルホールド(S/H)回路108−1〜4096の出力を時間軸上で多重化するアナログ・マルチプレクサ、112はマルチプレクサ110のアナログ出力をディジタル化するA/D変換器である。A/D変換器112の出力は画像処理器26に供給される。
【0089】
図3に示す光検出器アレーでは、4096×4096個の画素を列信号線Lc1〜4096により4096個の列に分け、1行あたりの4096画素の信号電荷を同時に読み出し、各列信号線Lc1〜4096、プリアンプ106−1〜4096及びS/H回路108−1〜4096を介してアナログ・マルチプレクサ110に転送し、ここで時間軸多重化して、順次、A/D変換器112によりディジタル信号に変換する。
【0090】
図3では、信号読出し回路100が、1つのA/D変換器112のみを具備するように図示されているが、実際には4〜32系統で同時にA/D変換を実行する。これは、アナログ信号帯域とA/D変換レートを不必要に大きくすることなく、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求されるためである。信号電荷の蓄積時間とA/D変換時間とは密接な関係にある。高速にA/D変換を行なうとアナログ回路の帯域が広くなり所望のS/Nを達成することが難しくなるので、通常は、A/D変換速度を不必要に速くすることなく、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求される。多くのA/D変換器でマルチプレクサ110の出力をA/D変換すればよいが、A/D変換器の数を増せば、それだけコストが高くなる。よって、上述の点を考慮して適当な数のA/D変換器を用いる。
【0091】
X線の照射時間はおよそ10〜500msecであるので、全画面の取り込み時間あるいは電荷蓄積時間を100msecのオーダーあるいはやや短めにすることが適当である。
【0092】
例えば、全画素を順次駆動して100msecで画像を取り込むためには、アナログ信号帯域を50MHz程度にし、例えば、10MHzのサンプリングレートでA/D変換を行なうと、最低でも4系統のA/D変換器が必要になる。本実施形態では、16系統で同時にA/D変換を行なう。16系統のA/D変換器の出力はそれぞれに対応する16系統の図示しないメモリ(FIFOなど)に入力される。そのメモリを選択して切り替えることにより、連続した1ラインの走査線にあたる画像データが画像処理器26に転送される。
【0093】
図6はセンサ読み出しの概要タイミングチャートであり、図5と併せて1回のX線照射により静止画撮像を行う場合の二次元駆動について述べる。
601は、X線への曝射要求制御信号、602はX線の曝射状態、603はセンサ内電流源81の電流、604は行選択線Lrnの制御状態、605はAD変換器112へのアナログ入力をそれぞれ模式的に示している。
【0094】
図2参照の等価回路センサでは、先ず、駆動器62はバイアス配線をリフレッシュモード時のバイアス値Vrにし、全ての列信号配線Lc1〜4096を、列信号配線Lcの所期バイアス値に初期化するためにリセット基準電位101に接続し、全ての行選択配線Lr1〜4096に正電圧Vghを印加する。すると、SW(1,1)〜(4096,4096)がオンし、全ての光電変換素子のG電極はVbtに、D電極はVrにリフレッシュされる。
【0095】
その後、駆動器62はバイアス配線Lbを光電変換時のバイアス値Vsにし、全ての列信号配線Lc1〜4096をリセット基準電位101から開放にし、SW(1,1)〜(4096,4096)をオフするために全ての行選択配線Lr1〜4096に電圧Vg1を印加する。これにより、光電変換モードヘ移行する。
【0096】
ここからは図2、図4参照のそれぞれの等価回路センサに共通の動作であるので、同時に説明を加える。バイアス配線を光電変換時のバイアス値Vsのまま、全ての列信号配線Lcをリセット基準電位101に接続し、列信号線をリセットする。その後、行選択配線Lr1に正電圧Vghを印加し、SW(1,1)〜(1,4096)をオンし、第1列の光電変換素子のG電極をVbtにリセットする。次に行選択配線Lr1を正電圧Vg1にしてSW(1,1)〜(1,4096)をオフする。
【0097】
行の選択を順次繰り返し、全ての画素のリセットを行い撮影準備が完了する。以上の動作は信号電荷の読み出し操作と同じであり、信号電荷を取り込むか否かの差しかないので、このリセット操作を以後「空読み」と呼ぶ。この空読み動作中で、行選択配線Lrを全て同時にVghにする事は可能であるが、この場合では読み出し準備完了時に、信号配線電位がリセット電圧Vbtから大きくずれることなり、高S/Nの信号を得ることが難しい。また、前述の例では、行選択配線Lrを1から4096ヘリセットしたが、撮像制御器24の設定に基づいた駆動器62の制御により任意の順番でリセットを行うことが可能である。
【0098】
空読み動作を繰り返して、X線の曝射要求を待つ。
曝射要求が発生すると、画像取得準備のために、再度空読み動作を行いX線曝射に備える。画像取得準備が整った時に、撮像制御機24の指示に従いX線が曝射される。
【0099】
X線曝射後、光電変換素子80の信号電荷を読み出す。まず、光電変換素子アレーのある行(例えばLr1)に対する行選択配線LrにVghを印加し、蓄積電荷信号を信号配線Lc1〜4096に出力する。列信号配線Lc1〜4096から1列ずつ4096画素分の信号を同時に読み出す。
【0100】
次に、異なる行選択配線Lr(例えぱLr2)にVghを印加し、蓄積電荷信号を信号配線Lc1〜4096に出力する。列信号配線Lc1〜4096から1列づつ4096画素分の信号を同時に読み出す。この動作を4096の列信号配線に順次繰り返す事により、すべての画像情報を読み出す。
【0101】
前記動作中、各センサの電荷蓄積時間は、リセット動作が完了した時、即ち空読み時のTFT82をオフしてから、次に電荷読み出しが行われるためにTFT82がオンするまでの間である。従って、各行選択毎に蓄積時間及び時刻が異なる。
【0102】
X線画像を読み出した後、補正用画像を取得する。これは、X線画像の補正に使用するためであり、高画質の画像を取得するために必要な補正データである。基本的な画像取得方法はX線を曝射しない点以外は同じである。電荷蓄積時間は、X線画像を読み出す際と、補正画像を読み出す際とで同じにする。
【0103】
また、高分解能の画像情報が必要でない場合や画像データ取り迅速度を速くしたい場合には、すべての画像情報を常に取り込む必要はなく、操作者21の撮影方法の選択により、撮像制御器24は、間引き、画素平均、領域抽出の駆動指示を駆動器62に設定する。
【0104】
間引きを行うには、まず、行選択配線Lr1を選択し、列信号配線Lcから信号を出力する際に、例えばLc2n−1(n:自然数)のnを0から1つずつ増加させるように1列の読み出しを行い、その後、行を選択する際、行選択配線Lr2m−1(m:自然数)のmを1から1つずつ増加させて、1行の信号を読み出す事により行われる。この例では画素数を1/4に間引いたことになるが、撮像制御器24の設定指示に従って駆動器62は、1/9,1/16などに画素数を間引く。
【0105】
また、画素平均について、上述の動作中、行選択配線Lr2mとLr2m+1とに同時にVghを印加する事により、TFT2m,2nとTFT2m+1,2nとが同時にターンオンし、列方向の2画素のアナログ加算を行う事が可能である。これは2画素の加算に限ったものではなく、列信号配線方向の複数画素のアナログ加算を容易に行う事ができることを表している。更に、行方向の加算については、A/D変換出力後に隣り合う画素(Lc2nとLc2n+1)をディジタル加算する事により、上述のアナログ加算と合わせて、2×2の正方形画素の加算値を得る事ができる。これにより、照射されたX線を無駄にすることなく、高速にデータを読み出す事が可能である。
【0106】
その他、総画素数を減らして高速化を目指す方法として、画像の取込領域を制限する方法がある。これは、操作者21が必要な領域を操作者インターフェース22から入力し、それに基づいて撮像制御器24は駆動器62に指示を出し、駆動器62はデータ取込範囲を変更して二次元検出器アレーを駆動する。
【0107】
本実施形態では高速取込モードでは1024×1024の画素を30F/Sで取り込む。すなわち、2次元検出器アレーの全領域では4×4画素の加算処理を行い1/16に間引き、最も小さい範囲では1024×1024の領域で間引きなしで撮像する。このように撮像する事で、ディジタルズーム画像が得られる。
【0108】
図7はX線検出器52の撮像動作を含むタイミングチャートである。図7を中心にX線検出器52の動作について説明する。
701は操作者インターフェース22に対する撮像要求信号、702は実X線曝射状態、703は操作者21の指示に基づいた撮像制御器24から駆動器62への撮影要求信号、704はX秤検出器52の撮影レディ信号、705はグリッド54の駆動信号、706はX線検出器52内のパワー制御信号、707はX線検出器の駆動状態(特に光検出器アレー58からの電荷読み出し動作)をそれぞれしている。708は画像データの転送状態や、画像処理や表示の状態を概念的に表している。
【0109】
操作者21からの検出器準備要求または撮影要求が有るまで、駆動器62は706に示すようにパワー制御をオフ状態で待機する。具体的には、図5において行選択線Lr、列信号線Lc、バイアス配線Lbの電位を図示しないスイッチにより同電位(特に信号GNDレベル)に保ち、光検出器アレー58にバイアスを印加しない。更には、信号読出し回路100、ラインセレクタ92、バイアス電源84または85を含む電源を遮断することにより、前記行選択線Lr、列信号線Lc、バイアス配線Lbの電位をGND電位に保っても良い。
【0110】
操作者21の操作者インターフェース22に対する撮影準備の要求指示(701:1stSW)により、撮像制御器24はX線発生器40を撮影レディ状態に遷移させるとともに、X線検出器52に対して撮影準備状態へ移行させる指示を出す。指示を受けた駆動器62は光検出器アレー58にバイアスを印加するとともに、(リフレッシュ及び)空読みFiを繰り返す。要求指示は、例えば、X線発生装置への曝射要求SWの1stスイッチ(通常は管球のロータアップなどが開始される。)や、X線検出器52が撮影準備のために所定時間(数秒以上)を要する場合などは、X線検出器52の準備を開始するための指示である。
【0111】
この場合、操作者21が、X線検出器52に対すじで意識的に撮影準備の要求指示を出さなくても良い。即ち、操作者インターフェース22に対して、患者情報、撮影情報などが入力されたことをもって、撮像制御機24は検出器準備の要求指示と解釈して、X線検出器52を検出器準備状態へ移行させても良い。
【0112】
検出器準備状態では、光電変換モードにおいて、空読み後、光検出部80に暗電流が徐々に蓄積されてコンデンサ80b(c)が飽和状態で保持されることを避けるため、(リフレッシュR及び)空読みFiを所定間隔で繰り返す。この操作者21からの撮影準備要求が有りながら実際のX線曝射要求が発生していない期間に行う駆動、即ち、検出器準備状態に行う空読みFiを所定時間間隔T1で繰り返す駆動を以後「アイドリング駆動」と呼び、アイドリング駆動を行っている検出器準備状態の期間を「アイドリング駆動期間」と呼ぶ。このアイドリング駆動期間は、どの程度続くかが実使用上、未定義のため、光検出器アレー58(特にTFT82)に負荷のかかる読み出し動作は極力少なくするためにT1は通常の撮影動作時よりも長く設定し、通常の読み出し駆動FrよりもTFT82のオン時間の短いアイドリング専用空読み駆動Fiを行う。また、リフレッシュR動作が必要なセンサの場合には、空読みFi数回に対して1回リフレッシュR動作を行うようにする。
【0113】
次に、X線検出器52を中心としたX線画像取得について述べる。
X線検出器52のX線画像取得時の駆動は大きく二つの画像取得からなる。707に示した通り、1つはX線画像取得駆動であり、残りは補正用暗画像取得駆動である。それぞれの駆動は概ね同じであり、X線曝射が行われる動作が有るか否かが主な違いである。更にそれぞれの駆動とも、撮像準備シーケンス、電荷蓄積(曝射ウィンドウ)、画像読み出しの3つの部分から構成される。
【0114】
以下、順を追ってX線画像取得について述べる。
操作者21から操作者インターフェース22に対す撮影要求指示(701:2ndSW)により、撮像制御器24はX線発生器40とX線検出器52との同期を取りながら撮影動作を制御する。撮影要求指示(701:2ndSW)に従いX線曝射要求信号703に示すタイミングでX線検出器に対し、撮像要求信号をアサートする。駆動器は撮像要求信号に呼応して撮像駆動状態707に示すように所定の撮像準備シーケンス駆動を行う。具体的には、リフレッシュが必要な場合はリフレッシュを行い、そして、撮像シーケンスのための専用空読みFPを所定回数及び電荷蓄積状態専用空読みFpfを行って電荷蓄積状態(撮像ウィンドウ:T4)に遷移する。
【0115】
その際、撮像シーケンスのための空読みFpの回数及び時間間隔T2は、撮像制御機24から撮像要求に先んじて予め設定された値に基づいて行う。これは操作者21の要求により操作性重視なのか画質重視なのか、または撮像部位により自動的に最適な駆動を選択して切り替える。曝射要求から撮影準備完了までの期間(T3)は所用時間が短いことが実使用上要求されるので、そのために撮像準備シーケンス専用空読みFpを行う。さらに、アイドリング駆動のいかなる状態からも曝射要求が発生した場合は、即時撮像準備シーケンス駆動に入ることにより曝射要求から撮影準備完了までの期問(T3)を短くすることにより、操作性の向上を図る。
【0116】
さて、駆動器62は検出器アレー58の撮像準備を行うのと同期して、グリッド54を移動させ始める。これは実X線曝射702に同期してグリッドを最適な移動状態で撮像を行うためである。この場合も、駆動器62は撮像制御器により設定された、最適グリッド移動開始タイミング、最適グリッド移動速度で動作する。
【0117】
本実施形態では、グリッド54の動作による振動の影響を除去するため、加速度の変化が小さくなるようにグリッド54の始動を制御するとともに、振動の影響を受けやすい電荷蓄積状態専用空読みFpfを行う際にはグリッド54は定速運動(停止又は等速運動)を行うように制御する。
【0118】
X線検出器52の撮像準備が整った時点で、駆動器62は撮像制御器24に対し、X線検出器レディ信号704を返し、撮像制御器24はこの信号の遷移を元にして、X線発生要求信号702としてX線発生器4qにアサートする。X線発生器40は、X線発生要求信号702が与えられている間、X線を発生する。所定X線量を発生したら撮像制御器24はX線発生要求信号702をネゲートするとともにX線撮像要求信号703をネゲートすることによりX線検出器52へ画像取得タイミングを通知する。このタイミングを元にして駆動器62は直ちにグリッド54を静止し、それまで待機状態だった信号読出し回路100の動作を開始させる。グリッド54静止時間及び信号読み出し回路100の安定のための所定ウェイト時間後、駆動器62に基づいてX線検出器アレー58から画像データを読み出して画像処理器26に生画像を取得す乱軽挙が完了すると駆動器62は読み出し回路100を再び待機状態に遷移させる。
【0119】
本実施形態では、グリッド54の動作による振動の影響を除去するため、最も振動ノイズの影響を受けやすいX線画像取得フレームFrxo駆動前にグリッド54が(静止を含む)定速運動をしているようにする。更に、X線検出器52内に振動を測定するための振動センサを取り付けて、グリッドもしくはその他の要因による振動が所定値以下に収まったことを確認した後に、X線画像取得フレームFrxo駆動を開始しても良い。
【0120】
引き続き、X線検出器52は補正画像を取得する。即ち、先の撮像のための撮像シーケンスを繰り返し、X線照射の無い暗画像を取得し、画像処理器26に補正用暗画像を転送する。
【0121】
この時、撮像シーケンスは撮影の度にX線曝射時間など若干異なる可能性が有るが、それも含めて全く同じ撮影シーケンスを再現して略画像を取得することにより、より高画質な画像が得られる。但し、グリッド54の動作はこの限りでなく、略画像取得時には振動の影響を抑えるために静止させておくようにしてもよい。この場合、ほぼ画像を取得した後、画質に影響しない所定のタイミングでグリッド54の初期化動作を行う。
【0122】
図8は画像処理器26の画像データの流れを示している。801はデータパスを選択するマルチプレクサ、802及び803はそれぞれX線画像用及び略画像用フレームメモリ、804はオフセット補正回路、805はゲイン補正データ用フレームメモリ、806はゲイン補正用回路、807は欠陥補正回路、808はその他の画像処理回路を代表してそれぞれ現している。
【0123】
図7でX線画像取得フレームFrxoフレームで取得されたX線画像が、マルチプレクサ801を経由してX線画像用フレームメモリ802に記憶され、続いて補正画像取得フレームFrnoフレームで取得された補正画像が、同様にマルチプレクサ801を経由して暗画像用フレームメモリ803に記憶される。
【0124】
ほぼ画像の記憶完了から、オフセット補正回路804によりオフセット補正(例えばFrxo−Frno)が行われ、引き続き予め取得されゲイン補正用フレームメモリに記憶してあるゲイン補正用データFgを用いて、ゲイン補正回路806がゲイン補正(例えば、(Frxo−Frno)/Fg)を行う。引き続き欠陥補正回路807に転送されたデータは、不感画素や複数パネルで構成されたX線検出器52のつなぎ日部などに違和感を生じないように画像を連続的に補間して、X線検出器52に由来するセンサ依存の補正処理を完了する。更に、その他の画像処理回路808にて、一般的な画像処理、例えば、階調処理、周波数処理、強調処理などの処理を施した後、表示制御機32に処理済データを転送して、モニタ30に撮影画像を表示する。
【0125】
図9、図10にグリッド54の駆動機構の例を示す。
901はグリッド54を保持するためのフレーム、902はフレーム901を振動させるためのカム機構であり、図示しないグリッド駆動用モータなどの回転機構に接続されている。
【0126】
図示しないグリッド駆動用モータは、駆動器62の指示に従って図7に示したグリッド移動タイミングで回転、停止を行うことにより、グリッド54を矢印の方向に移動、及び停止させる。1001はグリッドを移動させるための弾性体、例えばバネなどであり、1002は、グリッド54を初期位置へ移動させるためのソレノイドなどの機構であり、1003はグリッド54を静止させるためのブレーキ機構である。初期化動作時は、ソレノイド機構1002を動作させて破線で示した初期位置に移動させて、ブレーキ機構1003で静止させる。駆動器62の指示に基づいてブレーキを解除することによりグリッド54を移動させる。更に所定のタイミングで駆動器62の指示に従ってブレーキ機構1003はグリッドを静止させる。
【0127】
以上説明したように、本実施形態のX線撮像装置によれば、極めて簡易な構成で、グリッド54等の振動の影響を受けることなく容易且つ確実に良質の画像を得ることが可能となる。
【0128】
(第2の実施形態)
本実施形態では、X線室10の内部は概ね図1と同じであり、共通するユニットの説明は割愛する。
48bは撮影用寝台48の一部で、図11では透視システム用の寝台を示している。1101は透視用のII(イメージインテンシファイア)であり、X線検出器52同様、撮像制御器24により制御され、取得画像を画像処理器26に転送後、モニタ30もしくは図示しない透視画像専用モニタに表示する。X線検出器52は、透視画像取得期間中は主に位置Bに位置し、単純撮影画像取得期間中は主に位置Aに移動する。X線検出器52の移動は撮像制御器24からの撮影用寝台48への指示により行われ、図示しないX線検出器52を移動させるための機構手段により移動動作がなされる。
【0129】
図12はX線検出器52の撮像動作を含むタイミングチャートである。図12を中心に本実施形態のX線検出器52の動作について説明する。
図12は概ね図7と同じであるので、異なる部分について主に解説を加える。
【0130】
1201は操作者インターフェース22に対する撮像要求信号であり、図7では、単純X線撮影の要求状態を表していたが、今回は透視及び単純撮影の要求を現している。702は実X線曝射状態、703は操作者21の指示に基づいた撮像制御器24から駆動器62への撮影要求信号、704はX線検出器52の撮影レディ信号、705はグリッド54の駆動信号、706はX線検出器52内のパワー制御信号、707はX線検出器の駆動状態(特に光検出器アレー58からの電荷読み出し動作)、708は画像データの転送状態や、画像処理や表示の状態を概念的に表している。さらに、1202はX線透視用のX線出力状態、1203はX線検出器52の移動速度の概念、1204はX線検出器52の位置をそれぞれ現している。
【0131】
操作者21から要求が無い間は、X線検出機52は撮影用寝台48の位置Bで待機する。
操作者21からの透視要求1201が有ると、透視撮影を開始(1202)すると同時にX線検出器52はアイドリング駆動を開始(707)する。操作者21が撮影対象を決定して一般撮影準備要求(1stSW:1201)をすると、X線発生器40は一般撮影用のX線発生のための準備を開始し、所定時間後に準備を完了する。操作者21が一般撮影要求(2ndSW:1201)をすると、撮像制御器24は、X線画像取得駆動を開始し、X線検出器52に撮影準備を指示(703)し、透視撮影を中止(1202)して、同時にX線検出器52の位置を移動させ始める(1203及び1204)。
【0132】
本実施形態では、制御手段である撮像制御器24は、検出手段であるX線検出器52の読み出しに関連する動作期間中には駆動器62が光検出器アレー58を振動の収束した定常状態、ここでは光検出器アレー58を加速度を生ぜしめない一定速度(等速度)で動作するように制御する。
【0133】
上記の移動開始の際、振動が大きくならないように加速度が連続的に変化するよう移動を開始する。X線検出器52の撮影準備完了までの時間T3は、予め分かるので、それに応じた時間でX線検出器52を一般撮影位置Aに移動を完了させる。但し、707において、撮影準備完了直前のFpfフレーム時に振動が発生するとノイズが画像に乗りやすいので、Fpfフレーム完了直後からX線検出器52の停止動作に入り、それまでは加速度を生ぜしめないように一定速で運動するように制御する。
【0134】
すべての準備が整った時点で、X線曝射702を行い、曝射完了後直ちに、X線画像取得フレームFrxo駆動を行ってX線画像を取得707する。X線曝射完7702後はなるべく短い時間で透視撮影を開始したいため、X線画像取得フレームFrxo駆動完了後、補正用暗画像取得駆動に入るとともに、直ちにX線検出器52を位置Aから位置Bへ移動し始める(1204)。先のX線画像取得駆動時と同様に、この時の振動が大きくならないように加速度が連続的に変化するよう移動を開始する。X線検出器52の撮影準備完了までの時間T3は、X線画像取得駆動時と同様に予め分かるので、それに応じた時間でX線検出器52を一般撮影位置Bに移動を完了させる。撮影準備完了直前のFpfフレームに関する内容もX線画像取得駆動時と同様である。位置Aから位置Bへの移動が完了した時点で透視撮影が再開され透視画像はこの時点から再表示可能となる。この後、所定のタイミングで略画像取得フレームFrno駆動を行い略画像を取得し、一般撮影画像は所定の画像処理を行った後モニタ30に表示される。
【0135】
また、前記制御に関して第1の実施形態と同様に、X線検出器52もしくはその近傍に図示しない振動量を検知可能なセンサを搭載して、その振動が既定値以下になった時点で所定の読み出し(例えば、X線画像取得フレームFrxo、暗画像取得フレームFrno、撮影準備完了直前フレームFpf)を開始するように制御しても良い。
【0136】
更に、前記制御に関して、予め予測された駆動器62に振動が生じる期間を除き、X線検出器52の画像読み出しに関連する動作期間を設定して、当該動作期間に画像取得に関する駆動を行うように制御しても良い。
【0137】
以上説明したように、本実施形態のX線撮像装置によれば、極めて簡易な構成で、X線検出器52等の振動の影響を受けることなく容易且つ確実に良質の画像を得ることが可能となる。
【0138】
(第3の実施形態)
本実施形態では、X線室10の内部は概ね図1と同じであり、共通するユニットの説明は割愛する。
48bは撮影用寝台48の一部で、図11では透視システム用の寝台を示している。1101は透視用のII(イメージインテンシファイア)であり、X線検出器52同様、撮像制御器24により制御され、取得画像を画像処理器26に転送後、モニタ30もしくは図示しない透視画像専用モニタに表示する。X線検出器52は、透視画像取得期間中は主に位置Bに位置し、単純撮影画像取得期間中は主に位置Aに移動する。X線検出器52の移動は撮像制御器24からの撮影用寝台48への指示により行われ、図示しないX線検出器52を移動させるための機構手段により移動動作がなされる。
【0139】
図13はX線検出器52の撮像動作を含むタイミングチャートである。図12を中心に本実施形態のX線検出器52の動作について説明する。
図13は概ね図7と同じであるので、異なる部分について主に解説を加える。
【0140】
1201は操作者インターフェース22に対する撮像要求信号であり、図7では、単純X線撮影の要求状態を表していたが、今回は透視及び単純撮影の要求を現している。702は実X線曝射状態、703は操作者21の指示に基づいた撮像制御器24から駆動器62への撮影要求信号、704はX線検出器52の撮影レディ信号、705はグリッド54の駆動信号、706はX線検出器52内のパワー制御信号、707はX線検出器の駆動状態(特に光検出器アレー58からの電荷読み出し動作)、708は画像データの転送状態や、画像処理や表示の状態を概念的に表している。さらに、1202はX線透視用のX線出力状態、1203はX線検出器52の移動速度の概念、1204はX線検出器52の位置をそれぞれ現している。
【0141】
操作者21から要求が無い間は、X線検出機52は撮影用寝台48の位置Bで待機する。
操作者21からの透視要求1201が有ると、透視撮影を開始(1202)すると同時にX線検出器52はアイドリング駆動を開始(707)する。操作者21が撮影対象を決定して一般撮影準備要求(1stSW:1201)をすると、X線発生器40は一般撮影用のX線発生のための準備を開始し、所定時間後に準備を完了する。操作者21が一般撮影要求(2ndSW:1201)をすると、撮像制御器24は、X線画像取得駆動を開始し、X線検出器52に撮影準備を指示(703)し、透視撮影を中止(1202)して、同時にX線検出器52の位置を移動させ始める(1203及び1204)。
【0142】
本実施形態では、制御手段である撮像制御器24は、検出手段であるX線検出器52の読み出しに関連する動作期間中には駆動器62が光検出器アレー58を振動の収束した定常状態、ここでは光検出器アレー58を等加速度で動作させるように制御する。
【0143】
所望の加速度まで到達したら等加速度運動へ移行することが望ましいが、現実には一般的な制御では、急激な加速度変化が発生する(1205の矢印)。X線検出器52の撮影準備完了までの時間T3は、予め分かるので、それに応じた時間でX線検出器52を一般撮影位置Aに移動を完了させる。移動完了とFpfフレーム完了をそろえる事が、2ndSWからX線曝射702までの時間を最短に出来るため、一定減速(負加速度)時にFpfフレームを完了させる事が要求される。707において、撮影準備完了直前のFpfフレーム時に振動が発生するとノイズが画像に乗りやすいので、Fpfフレーム取得時には、急激な加速度変化による振動が収束したタイミングを見計らって行い、Fpfフレーム完了直後に停止するように制御する。
【0144】
すべての準備が整った時点で、X線曝射702を行う。X線曝射完了702後はなるべく短い時間で透視撮影を開始したいため、曝射完了後直ちに、X線検出器52を位置Aから位置Bへ移動し始める(1204)。同様に加速度変化による振動が収束するタイミングの等加速(又は等加速性加速)時にX線画像取得フレームFrxo駆動を行ってX線画像を取得する。X線画像取得フレームFrxo駆動完了後、補正用暗画像取得駆動に入る。X線検出器52の撮影準備完了までの時間T3は、X線画像取得駆動時と同様に予め分かるので、それに応じた時間でX線検出器52を一般撮影位置Bに移動を完了させる。撮影準備完了直前のFpfフレームに関する内容もX線画像取得駆動時と同様である。位置Aから位置Bへの移動が完了した時点で透視撮影が再開され、透視画像はこの時点から再表示可能となる。この後、所定のタイミングで暗画像取得フレームFrno駆動を行い暗画像を取得し、一般撮影画像は所定の画像処理を行った後モニタ30に表示される。
【0145】
また、前記制御に関して第1の実施形態と同様に、X線検出器52もしくはその近傍に図示しない振動量を検知可能なセンサを搭載して、その振動が既定値以下になった時点で所定の読み出し(例えば、X線画像取得フレームFrxo、暗画像取得フレームFrno、撮影準備完了直前フレームFpf)を開始するように制御しても良い。
【0146】
更に、前記制御に関して、予め予測された駆動器62に振動が生じる期間を除き、X線検出器52の画像読み出しに関連する動作期間を設定して、当該動作期間に画像取得に関する駆動を行うように制御しても良い。
【0147】
以上説明したように、本実施形態のX線撮像装置によれば、極めて簡易な構成で、X線検出器52等の振動の影響を受けることなく容易且つ確実に良質の画像を得ることが可能となる。
【0148】
以上、3つの実施形態ついて述べたが、その他、冷却用ファンやその他の振動源になり得る物には本発明が適用される。
【0149】
ここで、上述した各実施形態の機能を実現するように各種のデバイスを動作させるように、前記各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、各実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(CPUあるいはMPU)に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【0150】
また、この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
【0151】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の各実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)あるいは他のアプリケーションソフト等の共同して上述の各実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の各実施形態に含まれることは言うまでもない。
【0152】
更に、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれる。
【0153】
【発明の効果】
本発明によれば、極めて簡易な構成で、グリッドやX線検出手段等の振動の影響を受けることなく容易且つ確実に良質の画像を得ることを可能とする放射線撮像装置(撮像装置)及び撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X線撮像システムの概要を示す模式図である。
【図2】第1の光検出部の等価回路を示す回路図である。
【図3】第1の光検出部のエネルギバンドを示す特性図である。
【図4】第2の光検出部の等価回路を示す回路図である。
【図5】光検出器アレーの構成例を示す模式図である。
【図6】光検出器アレーの駆動概念を示すタイミングチャートである。
【図7】第1の実施形態のX線撮像システムのタイミングチャートである。
【図8】取得画像の処理を示すフローブロック図である。
【図9】第1の移動グリッドの構成を示す模式図である。
【図10】第2の移動グリッドの構成を示す模式図である。
【図11】第2の実施形態のX線撮像システムの概要を示す模式図である。
【図12】第2の実施形態のX線撮像システムのタイミングチャートである。
【図13】第3の実施形態のX線撮像システムのタイミングチャートである。
【符号の説明】
10:X線室
12:X線制御室
14:診断室
20:システム制御器
21:操作者
24:撮像制御器
26:画像処理器
30:モニタ
40:X線発生器
48:撮影用寝台
50:患者
52:X線検出器
54:グリッド
58:光検出器アレー
62:駆動器
80:光検出部
82:スイッチング薄膜トランジスタ(TFT)
84:バイアス電源
851バイアス電源
92:ラインセレクタ
100:信号読出し回路
Claims (42)
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段の読み出しに関連する動作期間中には前記駆動手段が前記素子を加速度を生ぜしめない一定速度で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像装置。 - 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段の読み出しに関連する動作期間中には前記駆動手段が前記素子を等加速度で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記検出手段は、放射線としてX線を検出するものであることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
- 前記検出手段は、放射線としてX線を検出するものであることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
- 前記一定速度は、前記素子の静止状態を含むことを特徴とする請求項1又は3に記載の放射線撮像装置。
- 前記所定の素子は、放射線グリッドであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記所定の素子は、前記検出手段であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段と、
前記駆動手段の動作に伴う前記検出手段の振動を検出するための振動検知手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段の画像読み出しに関連する動作期間中には前記振動検知手段の値が既定値以下の振動状態であることを確認して、画像取得に関する駆動を行うように制御することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記検出手段は、放射線としてX線を検出するものであることを特徴とする請求項8に記載の放射線撮像装置。
- 前記一定速度は、前記素子の静止状態を含むことを特徴とする請求項8又は9に記載の放射線撮像装置。
- 前記所定の素子は、放射線グリッドであることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 前記所定の素子は、前記検出手段であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段による補正画像取得中には前記駆動手段が前記素子を加速度を生ぜしめない一定速度で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像装置。 - 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段による補正画像取得中には前記駆動手段が前記素子を等加速度で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像装置。 - 被写体の撮像を行う撮像装置であって、
前記被写体の画像を得るための読み出しセンサと、
前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを等速度で移動させる制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 被写体の撮像を行う撮像装置であって、
前記被写体の画像を得るための読み出しセンサと、
前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを等加速度で移動させる制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。 - 放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、
検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作期間中には前記素子を加速度を生ぜしめない一定速度で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像方法。 - 放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、
検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作期間中には前記素子を等加速度で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像方法。 - 前記検出手段は、前記放射線としてX線を検出することを特徴とする請求項17に記載の放射線撮像方法。
- 前記検出手段は、前記放射線としてX線を検出することを特徴とする請求項18に記載の放射線撮像方法。
- 前記一定速度は、前記素子の静止状態を含むことを特徴とする請求項18又は19に記載の放射線撮像方法。
- 前記所定の素子は、放射線グリッドであることを特徴とする請求項17〜21のいずれか1項に記載の放射線撮像方法。
- 前記所定の素子は、前記検出手段であることを特徴とする請求項17〜21のいずれか1項に記載の放射線撮像方法。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段の読み出しに関連する動作期間中には前記駆動手段が前記素子を振動の収束した定常状態で動作させるように制御する制御手段とを有することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記定常状態は、等加速度の状態であることを特徴とする請求項24に記載の放射線撮像装置。
- 前記定常状態は、等速度の状態であることを特徴とする請求項24に記載の放射線撮像装置。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段の読み出しに関連する動作を、前記素子が振動の生じる非定常状態で動作する期間を除き、前記駆動手段が前記素子を振動の収束した定常状態で動作させる期間に実行するように制御する制御手段とを有することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記定常状態は、等加速度の状態であることを特徴とする請求項27に記載の放射線撮像装置。
- 前記定常状態は、等速度の状態であることを特徴とする請求項27に記載の放射線撮像装置。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、
検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作期間中には前記素子を振動の収束した定常状態で動作させるように制御することを特徴とする放射線撮像方法。 - 前記定常状態は、等加速度の状態であることを特徴とする請求項30に記載の放射線撮像方法。
- 前記定常状態は、等速度の状態であることを特徴とする請求項30に記載の放射線撮像方法。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う撮像方法であって、
検出手段により、前記被検体からの放射線を検出して二次元平面画像を得るに際して、駆動手段により、撮影に関する所定の素子を移動させるときに、制御手段により、前記二次元平面画像を得るための信号の読み出しに関連する動作を、前記素子が振動の生じる非定常状態で動作する期間を除き、前記素子を振動の収束した定常状態で動作させる期間に実行することを特徴とする放射線撮像方法。 - 前記定常状態は、等加速度の状態であることを特徴とする請求項33に記載の放射線撮像方法。
- 前記定常状態は、等速度の状態であることを特徴とする請求項33に記載の放射線撮像方法。
- 放射線を用いて被検体の撮像を行う放射線撮像装置であって、
二次元平面画像を得るために、前記被検体からの放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段の画像取得に際して、撮影に関する所定の素子を移動させるための駆動手段と、
前記検出手段と前記駆動手段とを連動して制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、予め予測された前記駆動手段に振動が生じる期間を除き、前記検出手段の画像読み出しに関連する動作期間を設定して、当該動作期間に画像取得に関する駆動を行うように制御することを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記所定の素子は、放射線グリッドであることを特徴とする請求項36に記載の放射線撮像装置。
- 前記所定の素子は、前記検出手段であることを特徴とする請求項36に記載の放射線撮像装置。
- 被写体の撮像を行う撮像装置であって、
前記被写体の画像を得るための読み出しセンサを備え、
前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを振動の収束した定常状態で移動させることを特徴とする撮像装置。 - 被写体の撮像を行う撮像装置であって、
前記被写体の画像を得るための読み出しセンサを備え、
前記読み出しセンサからの信号読み出し期間中には、当該読み出しセンサを等加速度で移動させることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜14,24〜29,36〜38のいずれか1項に記載の放射線撮像装置を構成する各構成要素としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
- 請求項17〜23,30〜35のいずれか1項に記載の放射線撮像方法の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
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