JP4806432B2

JP4806432B2 - 口腔内画像センサ

Info

Publication number: JP4806432B2
Application number: JP2008201141A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッドシック，; スタンマンデルケルン，; ヴァレリーアルメンチャ，
Original assignee: Schick Technologies Inc
Current assignee: Dentsply Sirona Inc
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2023-10-02
Also published as: JP2009056298A; EP2216980A1; US20060193436A1; JP5031986B2; AU2003290522A8; EP2216980B1; AU2003290522A1; EP2392260A2; JP2006505308A; EP1554869A4; WO2004032481B1; EP1554869A2; US20040066898A1; JP2011120925A; US7193219B2; EP2392260A3; US7072443B2; WO2004032481A3; WO2004032481A2; EP1554869B1

Description

［関連出願の参照］
本出願は、２００２年１０月３日に出願された合衆国仮出願第６０／４１５，７１６号の利益を請求する。

［発明の分野］
本発明は、フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムに関し、特に、患者の口腔内から取り出すことなく、口腔内全域を撮影した一連の画像を収集し、表示することができる口腔内放射線センサを含むフィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムに関する。

歯科医及び口腔外科医は、通常、診断及び処置を補助する手段として、患者の歯、口腔及び歯茎の画像を得るためにＸ線放射を使用する。従来の口腔Ｘ線写真撮影及び歯科Ｘ線写真撮影においては、写真フィルムを収納したカートリッジを患者の口腔内、例えば、患者の歯の裏側に配置し、歯を通してフィルム上にＸ線ビームを投射する。そのようにして露光された後、フィルムは、暗室内又は密閉された処理装置の中で特殊な化学薬品を使用して現像され、その結果、歯の写真画像が得られる。

最近になって、フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影の分野が新たに開発された。フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影において、患者の歯を介してＸ線ビームを投射するが、写真フィルムは使用されない。フィルムの代わりに、患者の口腔内の検査されるべき歯の裏側に、電子センサが配置される。電子センサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補形金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）アクティブ画素センサ（ＡＰＳ）アレイ、又は他の何らかのフィルムレス放射線センサを含んでいてもよい。Ｘ線は、歯を通って電子センサに入射する。電子センサはＸ線を電気信号に変換する。電気信号は直接コンピュータへ送信されるか、又は中間処理回路を含むモジュールを介してコンピュータへ送信される。そこで、コンピュータは信号を処理し、モニタ又はプリンタなどの関連出力装置において画像を生成する。

フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影は、フィルムを使用する従来のＸ線写真撮影と比較していくつかの利点を提供する。最も重要であるのは、電子センサが、Ｘ線に対してフィルムよりはるかに高い感度を示し、そのため、患者に照射されるＸ線の量を最大で９０％も減少できることである。また、歯の画像は、コンピュータによりほぼ瞬時に生成されるため、有害である可能性がある化学薬品の使用を含めて、現像過程を全て省略できる。加えて、画像は電子的に生成されるので、コンピュータデータベースに電子的に画像を格納できる。

フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムの例は、Robert Schwartzの米国特許第４，１６０，９９７号及びDavid Schickの米国特許第５，４３４，４１８号に記載されるシステムを含む。

通常、フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムは、口腔内センサをコンピュータ又は処理モジュールに接続するためにケーブルを利用する。しかし、そのようなケーブルは、口の中に口腔内センサが配置されている患者にとっては不快であり、また、煩わしいと考えられる。歯科医が患者の口腔内でセンサを位置決めしているときにも、ケーブルは邪魔になる。従って、口腔内センサをコンピュータ又は処理モジュールに接続するケーブルをなくすことができれば、患者と歯科医の双方にとって好都合であろう。

ケーブルの問題の解決を試みたフィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムは、Schulze-Ganzlin他の米国特許第５，５１４，８７３号に記載される。Schulze-Ganzlinに記載された第１の実施形態においては、従来のＸ線フィルムが露光されるのと同様の方法で、放射線検出器が患者の口腔内に挿入される。入射Ｘ線放射を電気信号に変換することにより画像が捕捉される。電気信号は、制御論理回路を介して電気機械的結合エレメントへ伝送される。

画像が捕捉された後、検出器は、患者の口腔内から取り出され、電気機械的結合エレメントを介して評価ユニットに物理的に結合される。検出器からの信号は、電気機械的結合エレメントを介して評価ユニットへ送信され、評価ユニットは信号を処理して画像を生成する。このようにして信号が検出器から読み出された後、次の露光に備えるために検出器はリセットされる。検出器は、評価ユニットから取り外され、患者の口腔内の次の位置に再び挿入される。

この装置は、センサを接続するためのケーブルを使用せずに動作するが、１つの画像の捕捉が終了するたびに、放射線検出器を口腔内から取り出し、評価ユニットに差し込まなければならない。従って、標準的な１８枚１組のＸ線画像を撮影する場合、（１）放射線検出器を患者の口腔内で位置決めし、（２）検出器を露光し、（３）患者の口腔内から検出器を取り出し、（４）検出器を評価ユニットに差し込むプロセスを、１８回繰り返さなければならない。これに対し、ケーブルを使用するシステムにおける画像は、センサを患者の口腔内から取り出さずに瞬時に獲得され、口腔内の１つの位置から次の位置へ直接センサを移動できる。従ってこの実施形態の方式は明らかに煩雑であり、ケーブルシステムより望ましくない。

Shulze-Ganzlinにより説明される第２の実施形態は、電気機械的結合エレメントの代わりに無線トランシーバを使用し、メモリを追加する。メモリは多数の画像を格納するため、１回の露光が終了するたびに放射線検出器を口腔内から取り出して評価ユニットに差し込む必要はない。所望の全ての画像が捕捉されるまで、放射線検出器を口腔内の１つの位置から次の位置へ直接移動できる。無線トランシーバから評価ユニットへの通信は、誘導性、容量性又は電気光学的のいずれかである。従って、全ての画像の捕捉が終了したときには、先の実施形態の場合と同様に、放射線検出器を口腔内から取り出し、格納された信号の読み出しを実行できるように、放射線検出器を評価ユニットにごく近接させて配置しなければならない。

しかし、この方式にもいくつかの欠点がある。第１に、データが読み出されるべき口腔から放射線検出器を取り出さなければならないため、この実施形態でも、瞬時の画像捕捉は不可能である。従って、この方式は、従来のフィルムを利用するＸ線画像の撮影と同一の欠点を有する。すなわち、全ての画像が収集され、その後、コンソールへ送信されるまで、画像を見ることができない。その結果、所定の画像に欠陥があっても、放射線検出器を患者の口腔から取り出してみるまで、それを知る方法がない。更に、所定の画像を捕捉し、格納すべき時点を厳密に認識できる制御システムと共に、大型のメモリを設けなければならないので、必然的に検出器は複雑さを増す。従って、この第２の方式もケーブルを使用するシステムより望ましくない。

Lee他の米国特許第５，４５４，０２２号には別の無線システムが記載される。Leeの場合、口腔内センサは、ＣＣＤ、ＣＣＤ制御処理回路、バッテリ、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）及び送信器を含む。基地画像システムは、受信器、表示装置及び電源コネクタを含む。この発明においては、露光が終了するたびに、センサを基地局に接続しなおさなければならない。画像センサが基地局から物理的且つ電気的に隔離されている間、先に設定された所定の時間周期にわたり、センサを記録モードに維持しなければならないことが第２の制約である。このように、検査のたびに時間を設定することは歯科医にとっては極めて煩雑な作業となり、画像収集を自動的にトリガする効率のよいメカニズムを提供することは、更に望ましいであろう。

従って、センサとコンピュータとの間のケーブルを排除し、且つ従来の技術におけるシステムで問題になっていた障害を克服するフィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムが必要とされる。

本発明の１つの目的は、無線フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムを提供することである。

本発明の別の目的は、患者の口腔の内部から、患者の口腔の外側に配置された受信器へ、信頼性の高い画像信号が送信されるような無線フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムを提供することである。

本発明の別の目的は、１回の検査から診断クオリティ画像を獲得し、瞬時に画像を見ることができ、且つ患者の口の中からセンサを取り出さずに、多数の画像を撮影できるような無線フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、画素アレイ自体の中でトリガされる無線フィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、電力消費を効率よく節約する方法で、口腔内センサを動作できるような無線フィルムレスＸ線写真撮影システムを提供することである。

本発明の一実施形態においては、口腔内画像を捕捉するシステムは、口腔内センサを具備する。センサは、放射線感知センサアレイと、送信器と、センサアレイ及び送信器に電力を供給する電源とを含む。センサは、患者の口腔内に挿入され、入射放射線が存在するときに画像を捕捉し、画像を表現する電気信号を、口腔内から無線リンクを介して送信するように構成される。システムは、口腔の外側に配置された基地局を更に含む。基地局は、センサにより無線リンクを介して送信される電気信号を受信するように構成される。センサは、口腔からセンサを取り出すことなく、多数の画像を表現する電気信号を捕捉し、それらの電気信号を基地局へ送信することが可能である。

本発明の別の実施形態においては、口腔内センサは、入射放射線が存在するときに画像を捕捉する放射線感知センサアレイを含む第１のサブシステムと、センサアレイにより捕捉された画像を表現する信号を、無線リンクを介して送信する送信器を含む第２のサブシステムと、第１のサブシステム及び第２のサブシステムに電力を供給する電源を含む第３のサブシステムと、第３のサブシステムによる、第１のサブシステム及び第２のサブシステムへの電力の供給を選択的に制御するコントローラを含む第４のサブシステムとを具備することを特徴とする。

本発明の更に別の実施形態においては、口腔内センサは、入射放射線が存在するときに画像を捕捉する放射線感知センサアレイと、電流感知素子を含むイベント検知回路とを具備する。イベント検知回路は、センサアレイにより取り出される電流の量に基づいて、センサアレイに入射する放射線の存在を示すトリガ信号を発生するように構成される。口腔内センサは、センサアレイにより捕捉された画像を表現する信号を、無線リンクを介して送信するための送信器を更に具備することを特徴とする。

本発明の更に別の実施形態においては、口腔内センサは、入射放射線が存在するときに画像を捕捉する放射線感知センサアレイを含む第１のサブシステムを具備する。口腔内センサは、センサアレイにより捕捉された画像を表現するアナログ信号をディジタル画像信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、ディジタル画像信号を、無線リンクを介して送信するのに適するフォーマットに調整する論理回路と、調整されたディジタル画像信号を、無線リンクを介して送信する送信器とを含む第２のサブシステムを更に具備する。口腔内センサは、前記第１のサブシステム及び前記第２のサブシステムに電力を供給する電源を含む第３のサブシステムと、第３のサブシステムによる、第１のサブシステム及び第２のサブシステムへの電力の供給を選択的に制御するコントローラを含む第４のサブシステムとを更に含むことを特徴とする。

本発明によるフィルムレス歯科Ｘ線写真撮影システムの一実施形態が図１に示される。システムは、口腔内センサ１と、無線周波（ＲＦ）受信器２ａ及びデータ出力ポート（図示せず）を含む基地局２と、ホストコンピュータ３とを含む。センサ１は、患者の口腔内に配置され、以下に更に詳細に説明されるように、無線ＲＦリンク４を介して、口腔の外側に配置される基地局２のＲＦ受信器２ａと通信する。基地局２は双方向有線リンク５を介してホストコンピュータ３と通信する。

本発明の譲受人に譲渡され且つ参考として本明細書に取り入れられている米国特許第６，１３４，２９８号に記載されるように、基地局２とホストコンピュータ３との通信は、広く利用可能且つアクセス可能なＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートを介する。あるいは、基地局２は、コンピュータのＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス、高速ファイヤワイヤバス、又はコンピュータのＩＳＡ（Industry Standard Architecture）バスを介して、ホストコンピュータ３と通信してもよい。そのような場合には、通常、通信を容易にするために、ホストコンピュータ３に専用ボードが収納される。いずれの場合も、センサ１とホストコンピュータ３との通信は、直接であると共にほぼ瞬時でなければならない。

ホストコンピュータ３は、提供されるデータを処理するためのソフトウェアを装備した従来のどのようなデスクトップコンピュータ、タワーコンピュータ、ラップトップコンピュータ又はノートブックコンピュータであってもよい。コンピュータ３は、キーボード６又はマウス７などの１つ以上の入力装置、及びモニタ８又はプリンタ９などの１つ以上の出力装置に接続されるか、あるいはそれらの装置に組み込まれているかのいずれかである。それらの装置を使用して、ユーザは、システムの動作を制御し、システムが作成する歯の画像を見ることができる。コンピュータは、画像を患者ファイルに永久保存するために、ハードドライブなどの何らかの種類の記憶装置（図示せず）を更に含むか、又はそのような記憶装置に接続されてもよい。

口腔内センサ１の一実施形態が図２に概略的に示される。この実施形態におけるセンサ１は、４つのサブシステム、すなわち、実際のセンサアレイ２１０とイベント検知モジュール２１１と単極双投アナログスイッチ２１２とバイアス用電圧モジュール２１３とを含むセンササブシステム（ＳＳＳ）２１と、結合プログラム可能論理装置（ＣＰＬＤ）２２０（例えばセンサアレイ２１０にクロック信号ＣＬＫを供給する）と発光ダイオード（ＬＥＤ）２２１とアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２２２と無線周波数（ＲＦ）モジュール２２３と１０ＭＨｚクロック発振器２２４と演算増幅器（op amp）２２５とを含むデータ処理サブシステム（ＤＰＳＳ）２２と、マイクロコントローラ２３０を含むコアサブシステム（ＣＳＳ）２３と、電源２４０（例えば、交換自在のバッテリ）及び以下に説明する他の構成要素を含む電源サブシステム（ＰＳＳ）２４とに分割される。センサの電子回路を複数のサブシステムとして編成することにより、以下に更に詳細に説明されるように、新規な電力管理技法の実現が容易になる。

電源２４０は、センサ１のセンサアレイ２１０及びその他の様々な電子素子に必要な全ての電力を供給する。本発明によれば、センサ１は、患者の口腔内から基地局２へ画像データを送信可能であるように構成され、更に、電源又は交換のために、患者の口腔からセンサを取り出すことなく、多数の口腔内画像を表現する画像データを基地局へ送信可能であるように構成される。本発明のセンサ１は、電源を交換することなく、少なくとも口腔内全域の一連のＸ線画像（通常、１８枚の画像）を表現する画像を捕捉し、送信できるのが好ましい。この目標を達成するために、センサ１に装備された寿命の限られた電源で、必要な数の画像を捕捉し、送信するのに十分な電力を供給できることを保証するように、センサの電力消費を慎重に且つ効率よく管理しなければならない。

全ての構成要素は、口腔内に挿入するのに適するように、密封されたハウジングの中に封入される。センサハウジングは、可視光を透過しないが、放射線を透過する。すなわち、センサハウジングは、Ｘ線を透過する。センサは、液体を浸透させないと共に、患者が装置をかんだ場合又は身長程度の高さから装置を落とした場合に起こる可能性がある機械的損傷に対しても耐久性があるのが好ましい。センサは６ｍｍ未満の厚さであるのが好ましいため、通常、パッケージで利用できるスペースは不足がちである。従って、小型化に配慮して、様々な構成要素は慎重に選択されなければならない。好ましい実施形態では、センサパッケージの表面上にある発光ダイオード（ＬＥＤ）２２１はＤＰＳＳ２２の一部を構成し、状態を示すために使用される。搬送波を妨害なく送信するために、センサの本体は、プラスチックなどの材料から製造される。

センサアレイ２１０は、例えば、参考として本明細書にそれぞれ取り入れられている米国特許第５，４７１，５１５号及び米国特許第６，１３４，２９８号に記載される種類のＣＭＯＳＡＰＳアレイのような、ＣＭＯＳＡＰＳアレイを具備するのが好ましい。ＡＰＳアレイにおける各画素は、利得機能又はバッファ機能を実行する１つ以上のアクティブトランジスタを含む。あるいは、センサアレイ２１０は、ＣＣＤ、又は電磁放射線を電気信号に変換可能な他の何らかの種類の固体装置であってもよい。ここで使用される用語「放射線」は、広い意味で、電磁スペクトル内の全ての波を含む。いずれの場合にも、センサアレイ２１０は、ＣＭＯＳＡＰＳアレイ、ＣＣＤ又は他の固体装置の上面に、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ層を更に具備していてもよく、また、シンチレータ層の下方に配置された光ファイバフェースプレートを含んでいてもよい。

ＳＳＳ２１のその他の電子回路、並びにＤＰＳＳ２２、ＣＳＳ２３及びＰＳＳ２４の電子回路を含めた、センサのその他の構成要素は、画像の露光及び読み出しを制御し、且つ必要な電力を供給し、管理するために必要な回路の全てを構成する。そのような電子回路の詳細は、センサアレイ２１０の性質によって異なる。図２に示される好ましい実施形態においては、それらの電子回路は、たとえば、行ドライバ回路、リセット駆動回路、列信号連鎖回路、列シフトレジスタ回路、並びにタイミング及び制御回路の機能を実行する。

本発明の好ましい一実施形態においては、ＳＳＳ２１は、センサアレイの画素により取り出される電流の量を監視することにより、センサアレイ２１０に放射線が入射する時点を判定する新規なイベント検知モジュール２１１を含む。この新規な技法は、特に、専用のイベント検知ダイオードを使用する技法などの従来の技法と比較して、過剰な電力消費がほとんどなく、放射線の有無を検出するための信頼性に優れたメカニズムを提供するという点できわめて好都合である。本発明の技法は、ＣＭＯＳ撮像アレイ又はＣＣＤ撮像アレイにおいて、各画素により取り出される電流の大きさ自体が、その画素における放射線の存在を感知する働きを有し、放射線にさらされたとき、画素は、より多くの電流を取り出し、放射線にさらされていないときには、取り出される電流ははるかに少なくなるという観測に基づいている。ＡＰＳアレイにおいては、この電流は、アレイ中の各ダイオードを流れる光誘導電流である。ＣＣＤにおいては、基板のバイアスポイント又はそれに類似するポイントで、類似の現象が存在する。いずれの場合にも、取り出される電流の量は、イベント検知の手段として使用されてもよい。

そのようなイベント検知モジュール２１１に適する回路の詳細が、図３に示される。図３では、通常開スイッチ３００の入力端子に＋４Ｖのバイアス電圧が接続され、通常開スイッチ３００の出力端子は、各画素のＶＤＤ入力端子に給電する給電線３０１に接続される。＋４Ｖバイアス電圧は、電流感知装置として使用される大型（１ＭΩ）抵抗器３０２を介して、給電線３０１にも接続される。センサアレイ２１０に放射線が入射していないとき、スイッチ３００は開き、給電線３０１により電流感知抵抗器３０２を介して取り出される電流は非常に小さい。Ｘ線放射が存在するときには、取り出される電流の大きさは段階的に増加する。その増加は抵抗器３０２により感知され、その結果、抵抗器３０２の両端の電圧も対応して段階的に変化する。この電圧変化は比較器３０５により検出される。電圧変化を検出すると、比較器３０５は、トリガ割り込み要求（ＴＲＩＧＩＲＱ）信号を発生し、そのＴＲＩＧＩＲＱ信号をマイクロコントローラ２３０へ送信する。ＴＲＩＧＩＲＱ信号は放射線の存在を示し、この信号によって、マイクロコントローラ２３０は、スイッチ３００を閉じるＳＷＯＮ／ＯＦＦ信号を発生すると共に、センサアレイ２１０から画像を獲得するためのルーチンを開始する。画像獲得ルーチンが完了した後、マイクロコントローラはスイッチ３００を再び開きし、再度、次のＴＲＩＧＩＲＱ信号を待つモードに入る。

比較器３０５にＴＲＩＧＩＲＱ信号を発生させるために必要な段階的増加の大きさは、暗（非照射）状態及び照射状態それぞれにおいて、給電線３０１により取り出される電流の量と、電流感知抵抗器３０２の値と、基準電圧を発生するための分圧器として機能する抵抗器３０３及び３０４の値とによって決まる。図３に示される実施形態においては、分圧器は、１０ＫΩの抵抗器３０３及び１ＭΩの抵抗器３０４から構成される。暗状態にあるとき、給電線３０１は約６ｎＡを取り出し、電流が１桁増加したことを表す約６０ｎＡまで段階的な増加があったときに、ＴＲＩＧＩＲＱ信号が発生される。

画像獲得ルーチンの間、捕捉された画像を表現するアナログデータがセンサアレイ２１０から読み出され、ＯＰアンプ２２５により調整され、アナログ／ディジタル（ＡＤＣ）２２２によりディジタルデータに変換され、ＣＰＬＤ２２０を介してＲＦモジュール２２３に提供される。これらの動作は、全て、マイクロコントローラ２３０の制御の下で実行される。マイクロコントローラ２３０は、例えば、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）及びメモリを具備するチップなどの、何らかの適切なプロセッサであればよい。適切なマイクロコントローラの一例は、ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓにより製造、販売されているＭＳＰ４３０Ｆ１１２１−Ａ部品である。ＣＰＬＤは、例えば、Ｘｉｌｉｎｘにより製造販売されているＣｏｏｌＲｕｎｎｅｒ部品などの、十分な複雑さを有し且つ適切にプログラムされた論理アレイであればよい。

ＲＦモジュール２２３は、例えば、ＭａｘｉｍＭＡＸ２７５０ＥＵＡ電圧制御発振器を組み込まれていてもよい。ＲＦモジュール２３０は、アンテナ及び無線リンクを介してディジタル画像データを送信する。患者の口腔内にあるセンサからデータを送信しなければならないため、信頼性の高いＲＦリンクが不可欠である。更に、通常、画像データセットは大量であり、送信はほぼ瞬時に実行されるのが好ましいので、高速リンクが要求される。アナログデータの送信も可能であるが、誤りのない送信を保証するために、データはディジタル形態で送信される。

ＣＰＬＤ２２０においては、ネイティブ信号は、複数のパケットに分割され、マンチェスターフォーマットに符号化される。ＲＦモジュール２２３では、搬送波は、周波数シフトキーイングを使用して、得られたディジタル信号によって変調され、欧州及び合衆国の規制条件に従った周波数で送信される。臨床医が受信器を配置する場所を自由に選択できるように、有効送信範囲は少なくとも１０フィートであるのが好ましい。ホストコンピュータ３に、ＲＦリンクの状態を判定させ且つセンサ１が使用可能な状態であることを確認させるために、ＲＦモジュール２２３は周期的搬送波バーストを送信するのが好ましい。基地局２のＲＦ受信器２ａは、変調搬送波を復調し、元のベースバンド信号を復元する。マンチェスター復号、ディジタルフィルタリング、パケット復号及び望ましくない信号の抑制などの動作を容易にするために、制御論理回路が実装されてもよい。通信障害が起こると、患者が不必要に放射線にさらされる危険を生み出すおそれがあるため、これらのステップは、基地局とセンサとの確実な通信を確保するのに有用である。

ＰＳＳ２３は、本発明の新規な技法が実現された場合に、少なくとも口腔内全域の一連のＸ線画像（通常は１８回の露光）、好ましくは、口腔内全域の数セットのＸ線画像を捕捉するのに十分な電力を供給できる十分な有効寿命を有する交換自在のバッテリ２４０等の電源２４０を含む。これに適する種類のバッテリには、ニッケル‐カドミウム、ニッケル水素、リチウム‐二酸化マンガン及びリチウムイオンがあるが、バッテリは、それらに限定されない。例えば超蓄電デバイス（ｕｌｔｒａｃａｐｄｅｖｉｃｅ）などの他の装置を電源２４０として使用することも可能である。

いずれの場合にも、電源２４０は、回路の要求に適合するのに十分な量の電力を供給しなければならず、また、臨床的に好ましい薄い形状に嵌合するように、十分に小型でなければならない。電源は再充電可能であってもよいが、それは不可欠な条件ではない。電源が再充電可能であるか否かに関わらず、固体画像センサが要求する電力は相対的に大きく、口腔内センサの内部に一体化されるほど小さな電源において、利用できる電力の量は相対的に限られてしまうので、電源の交換及び（可能であれば）再充電のために、センサを口腔内から取り出すことなく、センサが口腔内全域のＸ線画像を撮影できるようにするためには、慎重且つ独創的な電力管理が採用されなければならない。

上記の問題は、主に、既存の必要条件に適合する多様な電力状態でセンサを機能させ、電力を適宜節約するような新規なシーケンスを開発することにより、克服された。一般的に言えばシーケンスは次の通りである。センサは使用前に起動され、イベント検知回路によりトリガされるまで低電力モードにとどまる。画像を収集し、送信するために、ごく短時間、高電力モードが利用され、その後、センサは低電力モードに戻る。このシーケンスは電源の有効寿命を延ばす。

次に本発明の新規な電力節約技法を詳細に説明する。図２に示されるように、ＰＳＳ２４は、ＳＳＳ２１に動作電圧（例えば、４．０Ｖの動作電圧）を供給する低ドロップアウト（ＬＤＯ）線形レギュレータ２４１と、ＣＳＳ２３に動作電圧（例えば、３．０Ｖの動作電圧）を供給するＬＤＯレギュレータ２４２と、ＤＰＳＳ２２に動作電圧（例えば、３．０Ｖの動作電圧）を供給するＬＤＯレギュレータ２４３とを含む。図示されるように、ＬＤＯ２４１及びＬＤＯ２４３は、マイクロコントローラ２３０からのシャットダウン（ＳＨＤＷ）信号により制御される。その制御は、ＳＳＳ２１及びＤＰＳＳ２２が、それぞれ対応するＳＨＤＷ信号によりイネーブルされたときに限り、それらの装置に動作電圧が供給されるように実行される。ＬＤＯ２４２は、ＳＨＤＷ信号により制御されないので、ＣＳＳ２３には、常に、動作電圧が供給される。ＰＳＳ２４は、押しボタンスイッチ２４４を更に含む。押しボタンスイッチ２４４は、ＣＳＳ２３（特に、マイクロコントローラ２３０）に押しボタンスイッチ割り込み（ＰＢＳＷＩＲＱ）要求を提供し、それにより、センサをオン又はオフするために、医師が操作する始動ボタンとして機能する。

次に、図４の状態図を参照して、センサの様々な構成要素への電力の供給がどのようにして管理されるかを説明する。パワーオフ状態（Ｓ１）においては、動作電圧はＣＳＳ２３にのみ供給される。マクロコントローラ２３０からのＳＨＤＷ信号があるために、ＬＤＯ２４１及びＬＤＯ２４３がＳＳＳ２１及びＤＰＳＳ２２に（それぞれ）動作電圧を供給する動作は阻止される。この状態では、マイクロコントローラ２３０は待機モードにあり、マイクロコントローラ２３０が消費する電力は、ごくわずかである。その他の全ての構成要素には、動作電圧は供給されないので、それらの構成要素が電力を全く消費しないことは言うまでもない。従って、状態Ｓ１におけるセンサ全体の電力消費は極めて少ない。パワーオフ状態Ｓ１の持続時間は決まっていない。以下に説明されるように、マイクロコントローラ２３０が割り込みＰＢＳＷＩＲＱを受信するか、又はシリアルインタフェース割り込み要求（ＳＩＩＲＱ）を受信するまで、センサ１はパワーオフ状態Ｓ１にとどまる。

マイクロコントローラ２３０がＰＢＳＷＩＲＱ（押しボタンスイッチ２４５の押し下げに応答して発生される）を受信すると、センサ１は検査状態Ｓ２へ移行する。この状態においては、ｎ枚の画像（例えば、口腔内全域の連続撮影の場合、１８枚の画像）を捕捉するために十分な電力が残っていることを保証するために電源２４０が検査され、また、識別（ＩＤ）データをホストコンピュータ３へ送信することによりＲＦリンク４が検査される。従って、検査状態Ｓ２では、マイクロコントローラ２３０により送信されるＳＨＤＷ信号により、ＬＤＯ２４３は、ＲＦモジュール２２３及び電力を要求する他のＤＰＳＳ構成要素（例えば、バッテリ状態を示すためにＬＥＤ２２１が使用される場合は、それらのＬＥＤ）に給電するために、ＤＰＳＳ２２に動作電圧を供給できる。状態Ｓ２においては、ＳＨＤＷ信号によりＬＤＯ２４１はディスエーブルされるので、ＳＳＳ２１に電圧は供給されない。検査状態Ｓ２の持続時間はあらかじめ定められており、例えば１０ｍｓである。その期間が終了する前に、ＰＢＳＷＩＲＱにより、強制的にセンサを検査状態Ｓ２から脱出させ、パワーオフ状態Ｓ１に戻すことができる。状態Ｓ２におけるセンサ全体の電力消費は中程度であるが、センサがその状態にある時間は相対的に短い。

所定の（例えば１０ｍｓ）期間が経過した後、センサ１はアイドル状態Ｓ３へ移行する。この状態においては、マイクロコントローラ２３０により発生されるＳＨＤＷ信号により、ＬＤＯ２４１はＳＳＳ２１に動作電圧を供給できる。ＳＨＤＷ信号はＬＤＯ２４３をディスエーブルするので、ＤＰＳＳ２２に動作電圧は供給されない。この状態では、センサは単に、イベント検知回路２１１が放射線の存在を検出し、ＴＲＩＧＩＲＱ信号を発生するのを待っているだけである。従って、センサアレイ２１０にクロックは供給されず、センサにより消費される電力の総量は非常に少ない。センサ１は、ＰＢＳＷＩＲＱにより、強制的にアイドル状態Ｓ３からパワーオフ状態Ｓ１に戻されてもよい。

センサ１がアイドル状態Ｓ３へ移行した後、所定の時間周期（例えば、１００ｍｓ）内にＴＲＩＧＩＲＱ信号が発生されない場合、時間切れが起こり、センサは、リフレッシュ状態Ｓ４へ移行する。リフレッシュ状態Ｓ４においては、アイドル時間中に熱により発生された電流（いわゆる暗電流）によって蓄積した電荷をセンサアレイ２１０から除去するために、センサアレイ２１０はリフレッシュされる。そのようなリフレッシュを実行するために、マイクロコントローラ２３０により、グローバル画素リセット（ＧＰＲ）信号がセンサアレイ２１０へ送信される。しかし、ＣＰＬＤ２２０により、センサアレイ２１０にクロック信号が供給されることはない。ＳＨＤＷ信号により、ＬＤＯ２４１はＳＳＳ２１に動作電圧を供給でき、ＬＤＯ２４３はＤＰＳＳ２２に動作電圧を供給できる。しかし、センサ１から信号は送信されないため、ＲＦモジュール２２３はオフ状態に保持され、電力を使用しない。Ｓ４の間にセンサ１により消費される総電力は中程度であるが、センサ１は、ごく短い所定の長さの時間（例えば、５０μｓ）しかリフレッシュ状態Ｓ４にとどまらず、その後、（通常は）アイドル状態Ｓ４に戻る。ＴＲＩＧＩＲＱ信号の存在により、センサ１は、リフレッシュ状態Ｓ４からアイドル状態Ｓ３に引き戻されてもよい（その後、更に、以下に説明されるような画素リセット状態Ｓ５へ移行されてもよい）。

好ましい実施形態においては、センサ１は、ｎ秒に１度ずつ（例えば５秒ごとに）、リフレッシュ状態Ｓ４から状態送信状態Ｓ５へ移行するように設計されてもよい。状態送信状態Ｓ５では、センサ１から基地局２へ状態データが送信される。状態送信状態Ｓ５においては、ＳＳＳ２１、ＤＰＳＳ２２及びＣＳＳ２３の各々に動作電圧が供給される。センサアレイ２１０にクロックは供給されない。ＲＦモジュール２２３はデータを送信しているため、いうまでもなくオン状態である。センサ１は、所定の時間周期にわたり状態送信状態Ｓ５にとどまり、その後アイドル状態Ｓ３へ移行する。状態送信状態Ｓ５における電力消費は中程度である。

アイドル状態Ｓ３にあるときＴＲＩＧＩＲＱ信号を受信すると、センサ１は画素リセット状態Ｓ５へ移行する。ＳＳＳ２１とＤＰＳＳ２２の双方に動作電圧が送信されるという点で、画素リセット状態Ｓ５におけるセンサの活動は、リフレッシュ状態Ｓ４における活動に類似している。センサアレイ２１０にクロック信号は送信されず、ＲＦモジュールはオフ状態であり、センサアレイ２１０にはＧＰＲ信号が送信される。センサ１は、所定の長さの時間（例えば、４１０μｓ）にわたり、画素リセット状態Ｓ６にとどまる。画素リセット状態Ｓ３の間の総電力消費は中程度である。

所定の時間（例えば、４１０μｓ）の後、センサ１は、画素リセット状態Ｓ６から集積状態Ｓ７へ移行する。集積状態Ｓ７においては、センサアレイは、入射放射線に応じて電荷を蓄積する。集積状態Ｓ７では、センサアレイ２１０にクロックは送信されず、ＲＦモジュール２２３はオフ状態であり、ＧＰＲ信号は不活動状態である。センサＳ１による総電力消費は少ない。センサＳ１は、画像を獲得するのに十分な所定の時間、例えば７００ｍｓにわたり集積状態Ｓ７にとどまる。

所定の長さの時間の後、センサ１は画像送信状態Ｓ８へ移行する。画像送信状態Ｓ８においては、獲得した画像を表現する蓄積データがセンサアレイ２１０から読み出され、基地局２へ送信される。この状態の間、ＧＰＲ信号は不活動状態であり、画像を読み出すためにセンサアレイにクロック信号が供給される。収集された画像が基地局２へ送信されるので、ＲＦモジュールは活動状態である。画像送信状態８の持続時間はあらかじめ定められており、例えば１２００ｍｓである。画像送信状態の間の電力消費は多い。

画像送信状態８に続いて、センサ１は、再び画素リセット状態Ｓ６へ移行し、その後、集積状態Ｓ７となり、更に画像送信状態Ｓ８へ移行する。各状態における動作及び電力消費は先に説明した通りである。第１回目のシーケンス及びその状態Ｓ６‐Ｓ７‐Ｓ８と、第２回目のシーケンス及びその状態Ｓ６‐Ｓ７‐Ｓ８との顕著な相違は、第２回目のシーケンスにおいてはＸ線が存在せず、収集される「画像」は、暗電流によって蓄積された電荷の量を表すダークフレームであるという点である。ダークフレームは、基地局２へ送信され、最後に、実際に表示される結果画像を生成するために、第１回目のシーケンスＳ６‐Ｓ７‐Ｓ８において収集された画像から減算される。第２回目のＳ６‐Ｓ７‐Ｓ８シーケンスに続いて、センサ１はアイドル状態Ｓ３に戻る。

以上説明したように電力を管理することにより、歯科医は、本発明のセンサ１を使用して、電源２４０の交換又は再充電のために患者の口腔内からセンサ１を取り出すことなく、多数の画像を撮影することが可能である。従って、本発明によれば、歯科医は、検査中、常にセンサを患者の口腔内又はその付近に配置したままにしておくことができ、次の画像を撮影するときには、必要に応じて、センサの位置を変えるためにセンサを動かすだけでよく、電源を交換又は再充電するために、あるいは収集されたデータを基地局に提供するために、センサを口腔内から取り出す必要はない。

使用されないとき、センサ１は基地局２で保管される。センサが再充電可能なバッテリを利用する実施形態の場合、基地局２はバッテリを電気的に再充電する働きをする。基地局２は様々な大きさのセンサ（例えば、サイズ０、サイズ１及びサイズ２のセンサ）を受け入れることができるのが好ましく、また、基地局２は多数のセンサを受け入れるように構成されてもよい。

基地局２は、シリアルインタフェース２４５を介してセンサとインタフェースする。基地局２は、センサ１における診断を構成し、実行するように構成されることが可能である。そのような診断は、基地局２がセンサ１へＳＩＩＲＱを送信することにより開始される。特に、センサ１がパワーオフ状態Ｓ１にあるときはいつでも、ＳＩＩＲＱを受信すると、センサは診断状態Ｓ９へ移行する。診断状態Ｓ９においては、センサで診断プログラムが実行され、その診断動作により生成されたデータは基地局２に提供される。この状態では、ＳＳＳ２１、ＤＰＳＳ２２及びＣＳＳ２３の各々に動作電圧が供給され、電力消費は多い。しかし、センサＳ１が診断状態Ｓ９に入るのは、センサが基地局に物理的に結合された場合に限られるため、診断状態Ｓ９における電力消費は特に重要な問題ではない。電源２４０が再充電可能なバッテリである場合、センサが基地局に物理的に結合されている時間中に、電源２４０は再充電されてもよい。

センサ１、基地局２及びホストコンピュータ３の相互間の通信は、センサ１（特に、マイクロコントローラ２３０のメモリ）、基地局２及びホストコンピュータ３に常駐する専用ファームウェア及びソフトウェアにより制御されてもよい。ＵＳＢを含む一般に使用される多数のポートのうちの１つ以上を使用して、基地局２からデータがエクスポートされてもよい。好ましい一実施形態においては、ＵＳＢは、データ出力能力を提供するばかりではなく、基地局に電力も供給する。当業者には明らかであろうが、ＵＳＢ以外の手段を介して基地局への給電を実現できることは言うまでもない。また、ＵＳＢ管理は基地局により処理されてもよい。

以上の説明及び図面は、本発明を説明するための例であり、それらに含まれる詳細は、本発明に対する限定として解釈されてはならない。次に示す請求の範囲において規定される本発明の範囲から逸脱せずに、構成要素、手順及び構造の変更を行うことができるであろう。

本発明の歯科Ｘ線写真撮影システムの一実施形態のブロック図である。本発明の口腔内センサの一実施形態のブロック図である。本発明の一実施形態に従った新規なイベント検知回路の概略図である。本発明の口腔内センサの様々な動作状態を示す状態図である。

Claims

入射放射線が存在するときに画像を捕捉する放射線感知センサアレイと、
電流感知素子を含み、前記センサアレイにより取り出される電流の量に基づいて、前記センサアレイに入射する放射線の存在を示すトリガ信号を発生するように構成されたイベント検知回路と、
前記センサアレイにより捕捉された画像を表現する信号を無線リンクを介して送信するための送信器と
を具備することを特徴とする口腔内センサ。
前記センサアレイは相補形金属酸化物半導体アクティブ画素センサアレイを具備することを特徴とする請求項１記載の口腔内センサ。
前記センサアレイは電荷結合素子を具備することを特徴とする請求項１記載の口腔内センサ。
前記電源はバッテリを具備することを特徴とする請求項１記載の口腔内センサ。
前記バッテリは再充電可能であることを特徴とする請求項４記載の口腔内センサ。
前記送信器は無線周波送信器であり、前記無線リンクは無線周波リンクであることを特徴とする請求項１記載の口腔内センサ。
入射放射線が存在するときに画像を捕捉する手段と、
前記捕捉手段により取り出される電流の量に基づいて前記捕捉手段に入射する放射線の存在を示すトリガ信号を発生する手段と、
前記捕捉手段により捕捉された画像を表現する信号を無線リンクを介して送信する手段と
を具備することを特徴とする口腔内センサ。
複数の放射線感知画素を具備する放射線感知センサに放射線が入射したことを判定する方法であって、
前記複数の放射線感知画素により取り出される電流の量を監視するステップと、
前記複数の放射線感知画素により取り出される前記電流の量が所定の量を超えたとき、入射放射線の存在を示す信号を発生するステップと
を有することを特徴とする方法。
前記複数の放射線感知画素により取り出される前記電流の量は抵抗器を使用して測定されることを特徴とする請求項８記載の方法。
入射放射線の存在を示す前記信号は比較器により発生され、
前記比較器は、前記複数の放射線感知画素により取り出される前記電流の量に比例する電圧を一定の基準電圧と比較することを特徴とする請求項８記載の方法。
前記比較器は、前記複数の放射線感知画素により取り出される前記電流の量に比例する電圧が前記一定の基準電圧を超えたときに、入射放射線の存在を示す信号を発生することを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記センサは、患者の口腔内でＸ線画像を捕捉するための口腔内センサであることを特徴とする請求項８記載の方法。
前記複数の放射線感知画素はＣＭＯＳアクティブ画素センサアレイを具備することを特徴とする請求項８記載の方法。
複数の放射線感知画素と、
前記複数の画素により取り出される電流の量に基づいて、前記複数の画素に放射線が入射したことを判定するイベント検知回路と
を具備することを特徴とする放射線感知センサ。
前記イベント検知回路は、
前記複数の画素により取り出される電流の量を感知する抵抗器と、
基準電圧を発生する分圧器と、
前記抵抗器の電圧が前記基準電圧を超えたとき、トリガ信号を発生する比較器と
を含むことを特徴とする請求項１４記載のセンサ。
前記センサは、患者の口腔内でＸ線画像を捕捉するための口腔内センサであることを特徴とする請求項１４記載のセンサ。
前記複数の放射線感知画素はＣＭＯＳアクティブ画素センサアレイを具備することを特徴とする請求項１４記載のセンサ。
放射線感知センサに入射する放射線の強さに対応する電荷量を発生する発生手段と、
前記発生手段により取り出される電流の量に基づいて、前記発生手段に放射線が入射したことを判定する判定手段と
を具備する放射線感知センサであって、
前記判定手段は、
基準電圧を発生する手段と、
前記電荷発生手段により取り出される電流の量に比例する電圧を発生する手段と
を含むことを特徴とする放射線感知センサ。
放射線感知センサに入射する放射線の強さに対応する電荷量を発生する発生手段と、
前記発生手段により取り出される電流の量に基づいて、前記発生手段に放射線が入射したことを判定する判定手段と
を具備する放射線感知センサであって、
前記判定手段は、前記電荷発生手段により取り出される電流の量に比例する前記電圧が前記基準電圧を超えたとき、前記電荷発生手段に放射線が入射したことを判定する手段を含むことを特徴とする放射線感知センサ。
放射線感知センサに入射する放射線の強さに対応する電荷量を発生する発生手段と、
前記発生手段により取り出される電流の量に基づいて、前記発生手段に放射線が入射したことを判定する判定手段と
を具備する放射線感知センサであって、
前記放射線感知センサは、患者の口腔内でＸ線画像を捕捉するための口腔内センサであることを特徴とする放射線感知センサ。
放射線感知センサに入射する放射線の強さに対応する電荷量を発生する発生手段と、
前記発生手段により取り出される電流の量に基づいて、前記発生手段に放射線が入射したことを判定する判定手段と
を具備する放射線感知センサであって、
前記電荷発生手段はＣＭＯＳアクティブ画素センサアレイを具備することを特徴とする放射線感知センサ。