JP5137331B2 - 放射線画像記録読取装置 - Google Patents

放射線画像記録読取装置 Download PDF

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Description

本発明は、画像情報を担持する記録光の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力する放射線固体検出器、放射線固体検出器から出力される信号を検出する信号検出手段等から構成される放射線画像記録読取装置において、信号検出手段の保護に関するものである。
今日、医療診断等を目的とするX線(放射線)撮影において、X線画像情報記録手段として放射線固体検出器(半導体を主要部とするもの)を用いて、この固体検出器により被写体を透過したX線を検出して被写体に関するX線画像を表す画像信号を得るX線画像記録読取装置が各種提案、実用化されている。
この装置に使用される固体検出器としても、種々の方式が提案されている。例えば、X線を電荷に変換する電荷生成プロセスの面からは、X線が照射されることにより蛍光体から発せられた蛍光を光導電層で検出して得た信号電荷を蓄電部に一旦蓄積し、潜像電荷を画像信号(電気信号)に変換して出力する光変換方式の固体検出器、或いは、X線が照射されることにより光導電層内で発生した信号電荷を電荷収集電極で集めて蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を電気信号に変換して出力する直接変換方式の固体検出器等がある。この方式における固体検出器は、光導電層と電荷収集電極を主要部とするものである。
また、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面からは、読取光(読取用の電磁波)を検出器に照射して読み出す光読出方式のものや、特許文献1に記載されているような、蓄電部と接続されたTFT(薄膜トランジスタ)を走査駆動して読み出すTFT読出方式のもの等がある。
また本願出願人は、特許文献2等において改良型直接変換方式の固体検出器を提案している。改良型直接変換方式の固体検出器とは、直接変換方式、且つ光読出方式のものであり、記録光(X線またはX線の照射により発生した蛍光等)を受けることにより光導電性を呈する記録用光導電層、潜像電荷と同極性の電荷に対しては略絶縁体として作用し、かつ、該潜像電荷と逆極性の輸送電荷に対しては略導電体として作用する電荷輸送層、読取用の電磁波の照射を受けることにより光導電性を呈する読取用光導電層、をこの順に積層して成るものであり、記録用光導電層と電荷輸送層との界面(蓄電部)に、画像情報を担持する信号電荷(潜像電荷)を蓄積するものである。これら3層の両側には電極(第1の導電体層および第2の導電体層)が積層される。また、この方式における固体検出器は、記録用光導電層、電荷輸送層および読取用光導電層を主要部とするものである。
特開2000−244824号公報 特開2000−105297号公報
上記の固体検出器においては、撮影時には高電圧が印加され、信号読取時には電圧が印加されない等、各プロセス時において異なる電圧が印加されるが、固体検出器に印加される電圧が変化するタイミングでは固体検出器において過渡的な過電流の流入・流出がある。これにより固体検出器に接続されたチャージアンプ等の信号検出手段の寿命を短くしてしまう虞がある。このような過電流の対策を行うためのデバイスは既に多くのものが提案されているが、固体検出器においては信号検出手段として通常LSIが用いられるため、過電流対策のデバイスを組み込むスペースを確保することが非常に困難である。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、画像情報を担持する記録光の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力する放射線固体検出器、放射線固体検出器から出力される信号を検出する信号検出手段等から構成される放射線画像記録読取装置において、放射線固体検出器に印加される電圧が変化するタイミングで放射線固体検出器において流入・流出する過渡的な過電流から信号検出手段を保護可能な放射線画像記録読取装置を提供することを目的とするものである。
本発明による放射線画像記録読取装置は、記録光の照射を受けることにより導電性を呈する光導電層を含む静電記録部を備えてなり、画像情報を担持する記録光の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力する放射線固体検出器と、放射線固体検出器の光導電層に電圧を印加する電圧印加手段と、放射線固体検出器から出力される信号を検出する信号検出手段とを備えてなる放射線画像記録読取装置において、電圧印加手段が放射線固体検出器に印加する電圧を変化させる際に、信号検出手段を非動作状態とすることを特徴とするものである。
上記において「放射線固体検出器」とは、被写体の画像情報を担持する放射線を検出して被写体に関する放射線画像を表す画像信号を出力する検出器であって、入射した放射線を直接または一旦光に変換した後に電荷に変換し、この電荷を一旦蓄電部に蓄積し、その後、この電荷を外部に出力させることにより、被写体に関する放射線画像を表す画像信号を得ることができるものである。
この放射線固体検出器には種々の方式のものがあり、例えば、放射線を電荷に変換する電荷生成プロセスの面からは、放射線が照射されることにより蛍光体から発せられた蛍光を光電変換素子で検出して得た信号電荷を光電変換素子の蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を画像信号(電気信号)に変換して出力する光変換方式の放射線固体検出器、あるいは、放射線が照射されることにより放射線導電体内で発生した信号電荷を電荷収集電極で集めて蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を電気信号に変換して出力する直接変換方式の放射線固体検出器等、あるいは、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面からは、蓄電部と接続されたTFT(薄膜トランジスタ)を走査駆動して読み出すTFT読出方式のものや、読取光(読取用の電磁波)を検出器に照射して読み出す光読出方式のもの等、さらには、前記直接変換方式と光読出方式を組み合わせた本願出願人による上記特許文献1や上記特許文献2において提案している改良型直接変換方式のもの等がある。
また、信号検出手段の「非動作状態」とは、信号検出手段において信号検出動作が行われない状態のことを意味し、例えば、信号検出手段の電源が切れている状態、信号検出手段の電源は入っていても検出動作を行わない状態、もしくは信号検出手段が信号検出可能な状態であっても信号検出手段に信号が入力されないようにした状態等、どのような態様としてもよい。
本発明による放射線画像記録読取装置は、記録光の照射を受けることにより導電性を呈する光導電層を含む静電記録部を備えてなり、画像情報を担持する記録光の照射を受けて画像情報を記録し、記録した画像情報を表す画像信号を出力する放射線固体検出器と、放射線固体検出器の光導電層に電圧を印加する電圧印加手段と、放射線固体検出器から出力される信号を検出する信号検出手段とから構成される放射線画像記録読取装置において、電圧印加手段が放射線固体検出器に印加する電圧を変化させる際、すなわち固体検出器において過渡的な過電流が流入・流出するタイミングで、信号検出手段を非動作状態とするため、過電流から信号検出手段を保護することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の第1の実施の形態の放射線画像記録読取装置について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態の放射線画像記録読取装置の概略構成図、図2は上記放射線画像記録読取装置のチャージアンプ回路の構成図である。
この放射線画像記録読取装置1は、図1に示すように、放射線を射出する放射線源5、放射線源5から射出され、被写体6を透過した放射線の照射により被写体の放射線画像を検出する放射線固体検出器10、放射線固体検出器10に記録された放射線画像を読み取るための読取光を放射線固体検出器10に照射する面状光源20、面状光源20の読取光の照射により放射線固体検出器10において発生した信号(電流)を検出するチャージアンプ回路31が多数設けられた信号検出部30、放射線固体検出器10による放射線画像の記録の際に放射線固体検出器10に電圧を印加する電圧源40、放射線固体検出器10から放射線画像を信号として読み取る際に放射線固体検出器10の後述する第1の電極層11と第2の電極層15とを短絡する短絡手段50、上記面状光源20の動作を制御する読取光制御手段60と消去光制御手段70、上記電圧源40の動作を制御する電圧制御手段80、および上記短絡手段50の動作を制御するスイッチ制御手段90を備えている。
放射線固体検出器10は、被写体6の放射線画像を担持した放射線を透過する第1の電極層11、第1の電極層11を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層12、記録用光導電層12において発生した潜像電荷に対しては絶縁体として作用し、且つその潜像電荷と逆極性の輸送電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層13、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層14、および読取光を透過する第2の電極層15をこの順に積層してなるものである。記録用光導電層12と電荷輸送層13との間には、記録用光導電層12内で発生した潜像電荷を蓄積する蓄電部19が形成されている。
第1の電極層11としては、放射線を透過するものであればよく、たとえば、ネサ皮膜(SnO)、ITO(Indium Tin Oxide)、アモルファス状光透過性酸化膜であるIDIXO(Idemitsu Indium X-metal Oxide ;出光興産(株))などを50〜200nm厚にして用いることができ、また、100nm厚のAlやAuなども用いることもできる。
第2の電極層15は、多数の線状電極15aが平行に配列されてなるものである。
記録用光導電層12は、放射線の照射を受けることにより電荷を発生するものであればよく、放射線に対して比較的量子効率が高く、また暗抵抗が高いなどの点で優れているa−Seを主成分とするものを使用する。厚さは500μm程度が適切である。
電荷輸送層13としては、たとえば、第1の電極層11に帯電する電荷の移動度と、その逆極性となる電荷の移動度の差が大きい程良く(例えば10以上、望ましくは10以上)ポリN−ビニルカルバゾール(PVK)、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン(TPD)やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはTPDのポリマー(ポリカーボネート、ポリスチレン、PVK)分散物,Clを10〜200ppmドープしたa−Se等の半導体物質が適当である。
読取用光導電層14としては、読取光の照射を受けることにより導電性を呈するものであればよく、例えば、a−Se、Se−Te、Se−As−Te、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、MgPc(Magnesium phtalocyanine),VoPc(phaseII of Vanadyl phthalocyanine)、CuPc(Cupper phtalocyanine)などのうち少なくとも1つを主成分とする光導電性物質が好適である。厚さは10μm程度が適切である。
なお、放射線固体検出器10の層構成は上記のような層構成に限らず、その他の層を含むものとしてもよく、また各層の材料についても上記各層の作用と同等の作用を有するものであれば上記以外の材料を利用するようにしてもよい。
そして、上記のように構成された放射線固体検出器10には、図1に示すように、第2の電極層15側に面状光源20が設けられている。面状光源20は、第1の導電層21、EL層22、第2の導電層23から成るEL発光体である。なお、放射線固体検出器10の第2の電極層15と第1の導電層21との間には絶縁層24が設けられている。
面状光源20における第1の導電層21は、多数の線状電極21aが平行に配列されてなるものであり、線状電極21aは、放射線固体検出器10の第2の電極層15の線状電極15aと直交するように配列されている。つまり、各線状電極21aとEL層22と第2の導電層23とで、実質的にライン状の光源が第2の電極層15の線状電極15aの長さ方向に多数配列された構成と同等となる。EL層22としては、放射線固体検出器10の読取用光導電層14の主成分であるa−Seとのマッチングを考慮して、波長470nm程度のEL光が発せられるような物資を用いればよい。また、第1の導電層21の線状電極21aはEL光を透過する材料から形成されている。また、各線状電極21a間は、線状電極21a同士を絶縁するものであれば、EL光を透過する材料で形成してもよいし、EL光を遮断する材料で形成するようにしてもよい。
そして、上記面状光源20の線状電極21aは、読取光制御手段60に接続され、読取光制御手段60は、面状光源20の第1の導電層21aとそれに対向する第2の導電層23との間に所定の電圧を印加し、読取光の照射を制御するものである。例えば、読取光制御手段60が、線状電極21aを順次切り替えながら、夫々の線状電極21aと第2の導電層23との間に所定の直流電圧を印加すると、線状電極21aと第2の導電層23とに挟まれたEL層22からEL光が発せられ、線状電極21aを透過したEL光はライン状の読取光として利用される。そして、第2の電極層15の線状電極15aの長手方向の一方の端から他方の端までの全部について線状電極21aを順次切り替えてEL発光させることにより、ライン光で第2の電極層15の全面を走査することになる。なお、第2の電極層15の線状電極15aの長手方向が副走査方向に対応し、ライン光の延びる方向が主走査方向に対応する。
また、本実施形態では、面状光源20の線状電極21aは消去光制御手段70にも接続され、この消去光制御手段70の制御により、放射線固体検出器10に残存した電荷を消去するための消去光源としても利用される。たとえば、消去光源制御手段70が、複数または全ての線状電極21aに同時に電圧を印加すると、この電圧の印加によりEL層22の全面に亘って略一様にEL光が発せられ、このEL光が残存電荷を消去する消去光として利用される。
信号検出部30は、第2の電極層15の各線状電極15a毎に接続された多数のチャージアンプ回路31を有している。
図2に示すように、信号検出手段であるチャージアンプ回路31は、オペアンプ31aとリセットスイッチ31b等から構成されており、リセットスイッチ31bがOFF状態のときには、オペアンプ31aによりチャージアンプ回路31に流入した電流の検出動作を行い(enable状態)、リセットスイッチ31bがON状態のときにはオペアンプ31aの入出力端が短絡されてオペアンプ31aに電流が流入しない状態、すなわち信号検出動作を行わない非動作状態(disable状態)となる。リセットスイッチ31bのON/OFF動作は不図示の制御手段により制御される。
電圧源40は、放射線画像の記録の際に用いられるだけでなく、放射線固体検出器10に残存した電荷の消去時にも用いられるものであり、その電圧のON、OFFおよび電圧の大きさは電圧源40に接続された電圧制御手段80により制御される。
短絡手段50は、スイッチであり、図1に示すように、スイッチのa端子には、電圧源40の正極側の端子が接続され、b端子には放射線固体検出器10における第1の電極層11が接続され、c端子には信号検出部30のチャージアンプ回路31が接続されている。この短絡手段50は、放射線固体検出器10による放射線画像の記録および読取りの際に切換えられるが、それだけでなく放射線固体検出器10に残存した電荷を消去する際にも切換えられる。この短絡手段50の切換えは、短絡手段50に接続されたスイッチ制御手段90により制御される。
次に、上記第1の実施の形態の放射線画像記録読取装置の作用について説明する。図3は放射線画像記録読取装置の作用を説明するタイミングチャートである。
まず、放射線固体検出器10に放射線画像を記録する際の作用について説明する。放射線画像の記録時には、電圧制御手段80により電圧源40が制御されて放射線固体検出器10の第1の電極層11と第2の電極層15との間に記録用電圧が印加される。そして、この記録用電圧の印加の後、放射線源5から放射線を射出させ、被写体6を透過した放射線を放射線固体検出器10に照射する。すると、放射線固体検出器10の記録用光導電層12内で正と負の電荷が発生し、そのうちの負の電荷が上記記録用電圧の印加により形成された電界分布に沿って第2の電極層15の各線状電極15aに集中せしめられ、記録用光導電層12と電荷輸送層13との界面である蓄電部19に潜像電荷として蓄積される。潜像電荷の量は照射放射線量に略比例し、この潜像電荷の量が被写体6の放射線画像を示すことになる。一方、記録用光導電層12内で発生する正電荷は第1電極層11に引き寄せられて、電圧源40から注入された負の電荷と結合して消滅する。
放射線源5からの放射線の射出が停止した後、電圧制御手段80により電圧源40が制御されて放射線固体検出器10への電圧の印加が停止される。
図3に示す通り、放射線固体検出器10に電圧を印加したタイミングおよび電圧印加を停止したタイミングで放射線固体検出器10において過渡的な過電流の流入・流出がある。
そのため、本実施の形態においては、放射線固体検出器10に電圧を印加するタイミングよりも前から電圧印加を停止するタイミングよりも後までの期間で、信号検出部30の各チャージアンプ回路31のリセットスイッチ31bをON状態(disable状態)とし、オペアンプ31aに信号が入力されないようにしている。これにより放射線固体検出器10において流入・流出する過電流からオペアンプ31aを保護することが可能となる。
なお、チャージアンプ回路31のリセットスイッチ31bをON状態(disable状態)からOFF状態(enable状態)とするタイミングは、放射線固体検出器10において流入・流出する過電流が整定した後(例えば過電流の最大振幅の10%以下となった後)とすることが好ましい。
次に、上記のようにして放射線固体検出器10に記録された放射線画像を読取る際の作用について説明する。放射線画像記録読取装置1において、放射線固体検出器10から放射線画像を読み取る際には、スイッチ制御手段90により短絡手段50のb端子とc端子とが接続され、第1の電極層11と第2の電極層15の線状電極15aとに、蓄電部19に蓄積された負電荷に応じた正の電荷が帯電される。そして、読取光制御手段60が面状光源20の線状電極21aを順次切り替えながら、夫々の線状電極21aと第2の導電層23との間に所定の直流電圧を印加して、EL層22から発せられるライン光で放射線固体検出器10の全面を走査する。
このライン光の照射により読取用光導電層14内に正と負の電荷が発生し、その内の正の電荷が蓄電部19に蓄積された負電荷に引きつけられるように電荷輸送層13内を急速に移動し、蓄電部19で潜像電荷と結合して消滅する。一方、読取用光導電層14に生じた負の電荷は第2の電極層15の線状電極15aに帯電した正の電荷および第1の電極層11からチャージアンプ回路31を介して流れてきた正の電荷と結合して消滅する。上記の様に読取用光導電層14において発生した負の電荷が、第1の電極層11からチャージアンプ回路31を介して第2の電極層15に流れてきた正の電荷と結合することによりチャージアンプ回路31によって潜像電荷の量に応じた電流が検出され、放射線画像を電気信号として取得することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態の放射線画像記録読取装置について説明する。本実施の形態の放射線画像記録読取装置は、上記第1の実施の形態の放射線画像記録読取装置の放射線画像記録時の作用を変更したものであり、それ以外の構成は同じであるため重複する部分についての説明は特に必要の無い限り省略する。図4は本実施の形態の放射線画像記録読取装置の作用を説明するタイミングチャートである。
上記の通り、放射線画像記録時において、放射線固体検出器10に電圧を印加したタイミングおよび電圧印加を停止したタイミングで放射線固体検出器10において過渡的な過電流の流入・流出がある。
そのため、図4に示す通り、本実施の形態においては、放射線固体検出器10に電圧を印加するタイミングを挟んだ期間と、電圧印加を停止するタイミングを挟んだ期間で信号検出部30の各チャージアンプ回路31のリセットスイッチ31bをON状態(disable状態)とし、放射線固体検出器10に放射線を照射している期間は各チャージアンプ回路31のリセットスイッチ31bをOFF状態(enable状態)としている。
記録時に放射線固体検出器10に照射された放射線の量を検出しておくことにより、画像処理を行う際の制御や、放射線固体検出器10に蓄積された残留電荷の消去を行う際の制御を好適化することが可能となるが、本実施の形態のような構成とすることにより、記録時に放射線固体検出器10に照射された放射線の量を検出しつつ、放射線固体検出器10において流入・流出する過電流からオペアンプ31aを保護することが可能となる。
なお、チャージアンプ回路31のリセットスイッチ31bをON状態(disable状態)からOFF状態(enable状態)とするタイミングは、放射線固体検出器10において流入・流出する過電流が整定した後(例えば過電流の最大振幅の10%以下となった後)とすることが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記の光読出方式の放射線固体検出器を用いたものに限定されるものではなく、TFT読出方式の放射線固体検出器等、種々の放射線固体検出器を用いることが可能である。
また、放射線を光導電層において直接電荷対に変換する直接変換方式の放射線固体検出器に限らず、シンチレーターを介して照射された放射線を一旦蛍光に変換し、この蛍光を検出することにより放射線画像を検出する光変換方式の放射線固体検出器にも応用可能である。
本発明の第1の実施の形態の放射線画像記録読取装置の概略構成図 上記放射線画像記録読取装置のチャージアンプ回路の構成図 上記放射線画像記録読取装置の作用を説明するタイミングチャート 本発明の第2の実施の形態の放射線画像記録読取装置の作用を説明するタイミングチャート
符号の説明
1 放射線画像記録読取装置
5 放射線源
6 被写体
10 放射線固体検出器
11 第1の電極層
12 記録用光導電層
13 電荷輸送層
14 読取用光導電層
15 第2の電極層
20 面状光源
30 信号検出部
31 チャージアンプ回路
40 電圧源
50 短絡手段
60 読取光制御手段
70 消去光制御手段
80 電圧制御手段
90 スイッチ制御手段

Claims (1)

  1. 記録光の照射を受けることにより導電性を呈する光導電層を含む静電記録部を備えてなり、画像情報を担持する記録光の照射を受けて前記画像情報を記録し、記録した前記画像情報を表す画像信号を出力する放射線固体検出器と、
    前記放射線固体検出器の前記光導電層に電圧を印加する電圧印加手段と、
    前記放射線固体検出器から出力される信号を検出する信号検出手段とを備えてなる放射線画像記録読取装置において、
    前記電圧印加手段が前記放射線固体検出器に印加する電圧を変化させる際に、前記信号検出手段を非動作状態とすることを特徴とする放射線画像記録読取装置。
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