JP5715960B2 - 多機能画像取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像取得センサおよび当該センサの制御の分野一般に関する。

より正確には、本発明は、マトリックスセンサと、当該センサ用の制御モジュールと、を備え、歯科用放射線画像を得ることを可能にする画像取得装置に関する。本発明は、このマトリックスセンサが、放射を感知できる複数の画像取得フォトダイオードと、同様に放射を感知できる、少なくとも１つの検出フォトダイオードと、を備える装置に関する。

これらのセンサは、特に、異なる幾何学的特徴を有するフォトダイオードを１つの共通基板上に集積することを容易にする、相補型金属酸化膜シリコン（ＣＭＯＳ）技術を用いて作製される。より高い感度を得て放射をより迅速に検出することを可能にするためには、例えば、取得フォトダイオードと大きさが異なる検出フォトダイオードを用いることが有用である。

本発明の装置は、上記マトリックスセンサを制御するための制御モジュールであって、検出フォトダイオードを周期的に読み出し、センサに少なくとも２つのモード間での切り替えを行わせるように構成された制御モジュールをさらに備える。上記２つのモードとは、取得フォトダイオードを抑止するスタンバイモード、および、取得フォトダイオードが受信するエネルギーを、画像の取得に用いる取得モード、である。

「抑止」（ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ）という用語は、取得フォトダイオードを周期的にパージする、あるいは、取得フォトダイオードが光子を受信するのを阻止することにより、受信されるいかなる光子も取り込まれないことを意味する。

公知の装置においては、検出フォトダイオードが発生器による照射を検出すると直ちに、モードの切り替えが開始される。一般的には、所定の光量を受信することが、照射が検出されたことを意味する。

従来の装置は、このように、検出フォトダイオードの読み出しを２回行う期間内にフォトダイオードが所定のエネルギー量を受信すると直ちに、画像取得を開始する。

公知の装置によれば、画像取得は、一般的に、照射の継続期間を通して行われるか、あるいは、実際にセンサに向けて送られたエネルギー量とは無関係に所定の継続期間行われる。

本発明の主目的は、導入部において特定したような歯科用放射線画像を得るための画像取得装置の機能を向上させることにある。この装置において、検出フォトダイオードは、取得フォトダイオードによる照射および画像の取得期間中においても、周期出力信号を制御モジュールに対して出力するように構成され、上記周期出力信号は、瞬間受信エネルギーを表示する値を有し、制御モジュールは、この周期出力信号を用いて、取得期間中に受信したエネルギーを解析する。

このように集積されたマトリックスセンサにより、センサが受信したエネルギーを、画像取得期間中もトラッキングできる。これは、ダイオードが、受信エネルギーを表示する定量可能な信号を提供するように、画像取得期間中を含めて機能するためである。以下、この信号を「定量信号」と称する。

このような画像取得装置によると、照射期間中も、制御モジュールにセンサが受信したエネルギー量を知らせることができる。検出フォトダイオードが、周期信号を出力することに適しており、この周期信号の周期は、検出フォトダイオードを読み出す周期によって規定される、という特徴により、公知の装置では従来不可能であった、あらゆる種類の照射制御を実施できる。

特に、本発明により、恒常的に瞬間受信エネルギーを定量分析することが可能となる。この瞬間受信エネルギーをトラッキングすることにより、発生器の不具合を検出することができる。このように、本発明によれば、実際に放射されたエネルギー量を計測することに適している専用の機器に頼らなくても、発生器の品質を知ることができる。

このように、有利な特徴によれば、制御モジュールは、受信エネルギー量のトラッキングカーブを、取得した画像の割り当て領域に、挿入することに適している。

特定の発生器による照射が行われ、本発明のセンサが取得した画像を解析する際、この特徴により、受信エネルギーのトラッキングカーブをその画像から取り出すことができる。これにより、当該発生器の放射カーブが利用可能となり、その発生器の放射の品質を評価できる。

この受信エネルギーのオシログラムカーブが挿入される割り当て領域は、画像のマスク領域であることが好ましい。この領域は、例えば画像の最初または最後のラインを構成する、画像そのものの上であってもよいし、あるいは、画像に加えられた追加の「ゼロ」ラインを構成していてもよい。

この有利な特徴を用いて、本発明は画像の非常に小さな部分を省略し、その部分に、発生器の特徴に関係するデータを挿入し、保存することができる。このデータは、受信された、すなわち放射されたエネルギーに関係しているため、発生器の特徴に関係している。このように、本発明によれば、低品質な画像が得られたときにも、常に、その品質の低さが発生器の放射の不具合によるものなのか、あるいは、例えばセンサが取得期間中に動いたといった見出すべき他の理由によるものなのか、を特定することができる。

繰り返すが、取得フォトダイオードが抑止されるスタンバイモードとは、周期的なパージあるいは光子の受信阻止により、光子が取り込まれないことを意味する。したがって、スタンバイモードにおいて、検出フォトダイオードが放射を検出するまで、パージあるいは阻止は続く。これにより、最終的な画像において、良好な信号／ノイズ比が得られる。このようにしなければ、スタンバイ期間中に受信した寄生光により、画像にバックグラウンドノイズ現象が起こり、そのため画像品質が低下する。

スタンバイモードの間、放射を非常に迅速に検出するのに十分な感度を有するために、検出フォトダイオードが取得フォトダイオードよりも大きいものでなければならないことは、いかなる場合にも必要であり、公知のことである。このような状況では、飽和は非常に起こりやすい。しかし、本発明の機能的な特徴によれば、フォトダイオードは、取得期間を含む期間も、定量可能な信号を出力し続けなければならない。

したがって、検出フォトダイオードが照射期間中に飽和しないことを確実にするために、制御モジュールは、検出フォトダイオードの解像度を、検出フォトダイオードからの出力信号の関数として、変更するように構成されることが有利である。

放射を検出するために必要な感度を用いると、照射期間中に飽和が起こらないことを確実にすることができない場合、このように解像度を変更することが有用である。

この特徴により、検出ダイオードは、スタンバイモード期間中に十分な感度をもつのに十分な大きさを有することができ、なおかつ、照射期間を通して受信したエネルギー量を表示する定量信号を出力することができる。これが、本発明の独創的で新規な機能である。

本発明によれば、この特徴は、２つの特定の方法を用いて、２つの異なる飽和現象に対処することにより実施できる。

第１の現象は、フォトダイオードそのものが、２回の読み出しの間に、そのエネルギー「飽和」量より大きいエネルギー量を受信し、物理的に飽和してしまう飽和現象である。２回の読み出しの間に受信したエネルギー量が、エネルギーの飽和量より大きい場合、フォトダイオードから読み出された信号は、もはや定量可能ではない。

典型的には、フォトダイオード読み出し信号は、引き続き、一般的にはフォトダイオード出力信号の生成のためのサンプリングを行う前の電子処理の段階で、順次増幅される。

ここで、「フォトダイオード読み出し信号」という用語は、フォトダイオードから読み出された信号を意味し、「フォトダイオード出力信号」という用語は、増幅後に得られた信号を意味する。

第２の現象は、検出ダイオードの読み出し信号を増幅したことに起因する飽和現象である。給電電圧を超えるフォトダイオード出力信号は、増幅によって生成できない。飽和していないフォトダイオード読み出し信号（すなわち、定量可能である信号）を増幅することによって出力信号が給電電圧より高くなってしまうと、その出力信号は定量可能ではない。

本発明のある特徴によれば、制御モジュールは、解像度を変更するために、放射が検出された後、検出フォトダイオードの読み出し周波数を増加させるように構成されている。

このため、フォトダイオードから受信したエネルギーを処理する容量も増加する。読み出し周波数を増加させることにより、検出フォトダイオードが、一定の経過時間内に、より多くのエネルギーを吸収することが可能となり、飽和現象が観察されないようになる。

公知の先行技術においては、検出素子は、その素子が受け取ったエネルギー流量を定量しないため、照射期間中に飽和しても問題はない。先行技術においては、実際その通りである。しかし、これとは対照的に、本発明の主題によれば、制御モジュールは、受信エネルギー量を恒常的かつ定量的に知らされることが可能となる。

一定の受信量に対し、より少ない電荷量で、検出フォトダイオードが読み出されるので、周波数を増加させることは、フォトダイオードの解像度を減少させることになる。このような場合でも、その後大量のエネルギーが受信され、周波数の増加によって実際に受信したエネルギー量を表示する量を読み出すことができるため、照射期間中の読み出し精度に悪影響はない。

例えば、読み出し周波数を１０倍に増加するとする。このように読み出し周波数を増加させることにより、当初の周波数を用いた場合に比べ、フォトダイオードが、１０倍のエネルギー量を一定の経過時間に受信した場合に初めて飽和することを確実にできる。

本発明の別のある特徴によれば、検出フォトダイオードから読み出されたそれぞれの信号は、処理ユニット内である電子ゲインによって増幅され、センサからの出力信号を形成し、制御モジュールがその電子ゲインの変更を行うように構成されている。

この特徴により、出力信号が定量可能であり続けることが確実になり、フォトダイオードの飽和そのものが生じない。

典型的には、スタンバイモード期間中に用いられるゲインは、できるだけ迅速に放射を検出できるように、非常に高い。仮に、ゲインが照射期間中もこの値のままであるとすると、たとえ検出フォトダイオードの読み出し周波数を増加させたとしても、フォトダイオードからの出力信号（すなわち、増幅された読み出し信号）は、増幅段階での給電電圧を超えて定量可能ではなくなりやすい。

上記の特徴により、スタンバイモード期間中における検出の精度と、取得モード期間中において定量可能であり続ける必要性との間にある矛盾が解消される。

ゲインの変更は、放射が検出されると直ちに、行われることが有利である。読み出し周波数の変更を、受信エネルギーのレベルに関係なく、照射開始時に行う場合、ゲインの変更は、読み出し周波数の変更よりも前に行うことが有利である。このように、ゲインの変更は、フォトダイオードを読み出す周波数の変更とともに、周波数の変更と組み合わせて用いることが有利である。

画像取得フォトダイオードと同じ物理的構造上に集積された検出フォトダイオードを用いると、読み出し周波数の制御、または、ゲインの変更を行いやすい。

本発明では、４つのレベルの電子ゲインを用いることが有利である。この特徴により、フォトダイオードによって読み出されるエネルギー量についても、４つのレベルの解像度が利用でき、非常に広い範囲の読み出しエネルギーレベルにわたって、定量出力信号を得ることができる。ゲインレベルの上限の極限値は、０〜１０ミリボルト（ｍＶ）の範囲の読み出しエネルギー量の解像に割り当てられ、一方、下限の極限値は、０〜１０００ｍＶの範囲の読み出しエネルギー量の解像に割り当てられる。

他の特徴によれば、検出フォトダイオードの出力信号は、２つのアナログ値の間で、連続的に定量される。

この特徴は、受信エネルギーを高精度の解像度で検出しながら出力信号をデジタル値として知るために、出力信号をサンプリングすることに相当する。このようなサンプリングは、８ビットで実施することが有利である。

有利な実施形態において、検出フォトダイオードは、マトリックスセンサの周縁に集積されている。

この特徴により、マトリックス状に集積された取得フォトダイオードの周囲に、大きなサイズの矩形フォトダイオードを集積させることができる。このような集積は、ＣＭＯＳ技術により可能である。

特定の用途では、制御モジュールは、検出フォトダイオードの出力信号に下落がみられると直ちに、取得モードを停止することに適するように構成される。

この特徴により、画像取得を、受信エネルギーの関数として制御することができる。これにより、取得フォトダイオードに不利となる飽和効果を確実に起こすことなく、十分かつ最適なエネルギーを確実に受信して良質の画像を得ることができる。交流（ＡＣ）発生器を用いる場合に、出力信号の「下落」という用語は、発生器の１サイクルよりも長い期間において、出力信号がないことを意味する。特に、有利な特徴によれば、受信エネルギー量の解析により、センサが受信したエネルギー量をセンサが受信する最適なエネルギー量と比較できるように、取得期間中においてセンサが受信したエネルギー量を計算することが可能となる。

この特徴により、センサが受信したエネルギーが、良質な画像を得るために最適なエネルギー量に達した瞬間を知ることができる。これにより、上記最適なエネルギー量が達成される、および／または、発生器に停止コマンドが送信されると、取得モードを停止することができる。

このように、本発明の有利な特徴によれば、制御モジュールは、受信したエネルギーが解析され、最適なエネルギー量を受信したことを示すと直ちに、照射発生器に対して照射を停止させるコマンドを送信するように構成されている。

この有利な特徴により、センサが画像の品質を確保するのに適切なエネルギー量を受信すると直ちに、発生器そのものが停止されるので、患者が受ける放射量を最適化することができる。

また、制御モジュールは、受信したエネルギーの解析により、最適なエネルギー量を受信したことが示されると直ちに、取得モードを停止するように構成されることが有利である。

本発明はまた、本発明の画像取得装置の制御方法を提供する。この制御方法は、取得フォトダイオードによる照射および画像取得の前および期間中に、検出フォトダイオードを読み出すコマンドを送信し、瞬間受信エネルギーを表示する値の周期出力信号を提供する、周期ステップと、上記出力信号を受信するステップと、検出フォトダイオードが発生器から放射を検出したときに開始され、スタンバイモードと取得モードとを切り替えるコマンドをセンサに送るステップと、周期出力信号を用いて取得期間中に受信したエネルギーを解析する、解析ステップと、を含む。

この方法は、照射前および照射期間を通して、マトリックスセンサが受信するエネルギーをトラッキングするのに役立つ。

好ましい実施形態において、この方法の様々なステップは、コンピュータプログラムの指示によって決定される。

このため、本発明はまた、データ媒体上のコンピュータプログラムも提供する。このプログラムは、制御モジュールにおける実施に適しており、本発明の方法のステップの実施に適した指示を含んでいる。このプログラムには、いずれのプログラム言語を用いてもよく、ソースコード、オブジェクトコード、あるいはソースコードとオブジェクトコードとの中間のコードのいずれの形式を用いてもよく、例えば、部分的にコンパイルされている形式、あるいは、他の望ましい形式を用いてもよい。

本発明はまた、上記コンピュータプログラムの指示を含み、制御モジュールによる読み出しが可能なデータ媒体も提供する。このデータ媒体は、上記プログラムを保存することが可能な、いかなる実体あるいは装置であってもよい。この媒体は、ハードウェア素子あるいは伝送可能な媒体であってもよく、特に、インターネット網からダウンロードされた形式であってもよい。あるいは、データ媒体は、プログラムが内蔵された集積回路であってもよい。

本発明の他の特徴および利点は、以下の説明によって明らかになる。この説明は、特徴に制限のない１つの実施形態を示す添付の図面を用いて行う。
図１は、本発明の画像取得装置に用いるセンサを示す図である。 図２は、本発明の装置において実施される制御モジュールと画像取得センサとの関係を示す図である。 図３は、本発明の方法を示すフローチャートである。 図４Ａ〜図４Ｆは、それぞれ：交流放射発生器；検出フォトダイオードの読み出し周波数を増加させることにより検出フォトダイオードの解像度を変更すること、および照射の停止を検出することに適した、本発明の装置における検出フォトダイオードの読み出し周波数；フォトダイオードのゲイン；上記装置の制御モジュールにおいて用いられる電子ゲイン；検出フォトダイオードからの出力信号；および、出力信号の読み出し累積、の同時に起こる挙動を示すタイミング図である。 図５Ａ〜図５Ｆは、それぞれ：交流放射発生器；検出フォトダイオードの読み出し周波数を増加させることにより検出フォトダイオードの解像度を変更すること、所定の受信エネルギー閾値に達したことを検出すること、および、マトリックスセンサの画像取得を抑止することに適した、本発明の装置における検出フォトダイオードの読み出し周波数；フォトダイオードのゲイン；上記装置の制御モジュールにおいて用いられる電子ゲイン；検出フォトダイオードからの出力信号；および、出力信号の読み出し累積、の同時に起こる挙動を示すタイミング図である。 図６Ａ〜図６Ｆは、それぞれ：交流放射発生器；検出フォトダイオードからの出力信号を処理するための電子ゲインを変更することにより検出フォトダイオードの解像度を変更すること、所定の受信エネルギー閾値に達したことを検出すること、および、マトリックスセンサの画像取得を抑止することに適した、本発明の装置における検出フォトダイオードの読み出し周波数；フォトダイオードのゲイン；上記装置の制御モジュールにおいて用いられる電子ゲイン；検出フォトダイオードからの出力信号；および、出力信号の読み出し累積、の同時に起こる挙動を示すタイミング図である。 図７Ａ〜図７Ｆは、それぞれ：直流放射発生器；検出フォトダイオードからの出力信号を処理するための電子ゲインを変更することにより検出フォトダイオードの解像度を変更すること、所定の受信エネルギー閾値に達したことを検出すること、および、マトリックスセンサの画像取得を抑止することに適した、本発明の装置における検出フォトダイオードの読み出し周波数；フォトダイオードのゲイン；上記装置の制御モジュールにおいて用いられる電子ゲイン；検出フォトダイオードからの出力信号；および、出力信号の読み出し累積、の同時に起こる挙動を示すタイミング図である。 図８Ａ〜図８Ｆは、それぞれ：交流放射発生器；照射期間中いつでも検出フォトダイオードの読み出し周波数を増加させることにより検出フォトダイオードの解像度を変更すること、所定の受信エネルギー閾値に達したことを検出すること、および、マトリックスセンサの画像取得を抑止することに適した、本発明の装置における検出フォトダイオードの読み出し周波数；フォトダイオードのゲイン；上記装置の制御モジュールにおいて用いられる電子ゲイン；検出フォトダイオードからの出力信号；および、出力信号の読み出し累積、の同時に起こる挙動を示すタイミング図である。

図１は、本発明のセンサＣを図示する。このマトリックスセンサＣは、いわゆる「取得」フォトダイオードＤＡが集積された、中心矩形マトリックスの形状を有する。

好ましくは、単一の検出フォトダイオードＤＤが、取得フォトダイオードＤＡの周囲に集積されている。

上記には劣るが、他の好ましい実施形態において、複数の検出フォトダイオードを、本発明の方法により、周期的に読み出されるように、集積することも実施可能であると考えられる。その場合でも、検出フォトダイオードＤＤは、マトリックスセンサの中心を構成する取得フォトダイオードＤＡよりもはるかに大きいことが望ましい。これにより、検出フォトダイオードがより迅速に飽和し、放射を検出するのに適した感度を得ることを確実にできる。したがって、所定の作業領域については、単一の検出ダイオードが集積されていることが好ましい。このように、単一の検出フォトダイオードＤＤが、取得フォトダイオードＤＡの周囲に集積されていることが有利である。

当然ながら、変形例において、検出および／または取得フォトダイオードが、例えばフォトトランジスタのような他のタイプの感光性素子に置き換えられてもよい。

マトリックスセンサＣは、このように、両タイプのダイオードを含むように、例えばＣＭＯＳ技術を用いて、集積されている。このマトリックスセンサＣは、Ｘ線として受信したエネルギー量を光量に変換するシンチレータを通過した放射線照射を感知できる。

検出フォトダイオードＤＤが受信したエネルギーは、読み出し周波数で周期的に読み出される。フォトダイオードから読み出されたアナログデータは、フォトダイオード読み出し信号ＳＬを構成する。周期的に読み出された信号ＳＬは、このように、検出フォトダイオードの継続した読み出し期間中に得られる。この信号が受信エネルギーを表示する。

図１に示すように、センサＣは、電子プロセッサユニットＡＤに接続されており、電子プロセッサユニットＡＤは、その出力において、センサから読み出されたアナログデータＳＬを、検出フォトダイオードからの出力信号を構成するデジタルデータに変換するように構成されている。このデジタルデータをＮＤＤと称する。この出力信号ＮＤＤも、同様に、周期的である。

アナログからデジタルへのプロセッサユニットＡＤは、検出フォトダイオードＤＤから読み出されたアナログデータをデジタル量に変換する一方で、ＧＡＤで示す電子ゲインを印加する。このように、ユニットＡＤは、読み出し信号をゲインＧＡＤを用いて増幅させ、その増幅されたアナログ値をサンプリングする。

有利には、そのサンプリングは、実際には２つの極値の間におけるアナログ値である、出力信号ＮＤＤのための値が得られるように行われ、その出力信号は、センサの受信エネルギーを表示する。

ユニットＡＤは、図１に図示するように、マトリックスセンサＣの一部として集積されるのが有利である。また、制御モジュールＭも含む制御部品上において、ユニットＡＤをマトリックスセンサＣから離すことが有利である。さらに、上記のとおり、制御モジュールＭは、センサＣと同じ集積回路に組み込まれてもよいし、あるいは、例えばセンサＣの制御部品である別要素に集積されていてもよい。

図２に示すように、ユニットＡＤを含む図１のセンサＣは、制御モジュールＭと協働し、この２つは、一緒になって本発明の画像取得装置を形成している。取得装置が動作している状態において、制御モジュールＭとセンサＣとは、お互いに信号を交換し合っている。以下、これらの信号の特性について、図３を用いて説明する。

図３は、本発明の方法を示すフローチャートである。本発明の画像取得装置の制御モジュールＭにおいて実施されるこの方法は、読み出しコマンドを検出フォトダイオードＤＤに送信する周期工程を含む。このように、検出フォトダイオードＤＤへの読み出しコマンドは、定期的かつ恒常的に送信される。

図３は、わかりやすくするため、３つの部分に分割されており、それぞれ、検出フォトダイオードＤＤの動作に関する工程、制御モジュールＭの動作に関する工程、および、取得フォトダイオードＤＡの動作に関する工程、を含んでいる。実際は、すべての工程が制御モジュールＭによって制御されているが、検出フォトダイオードＤＤ、制御モジュールＭ、または、取得フォトダイオードＤＡのいずれかによって実行されているので、視覚的にこれらの工程を分けたほうが、より簡便にみえる。

このように、制御モジュールＭの制御下における検出フォトダイオードＤＤの周期的な読み出しは、ステップＥ１で表され、出力信号ＮＤＤがＴｉのタイミングで得られる。この読み出しの周期は、図３において、インクリメントステップＥ’１で図示される。インクリメントステップＥ’１では、タイミングＴｉがＴｉ＋１に増分される。

マトリックスセンサＣがスタンバイモードのときに、信号ＮＤＤが制御モジュールＭに送信され、ステップＥ０において、照射が発生した瞬間を検出する目的で使用される。

放射が検出されなかった場合（ケースＮ：ダイオードＤＤが飽和していない、検出閾値を超えていない、あるいは、受信エネルギーの上昇率または上昇の動特性がみられない場合）、取得フォトダイオードＤＡは、図３にＩＤＡで示す抑止コマンドを受ける。そして、取得フォトダイオードＤＡは、光子が送信されない状態で、周期的にパージされる、あるいは、受信エネルギーの送信を抑止される。

ステップＥ０において、放射が検出された場合（ケースＹ：ダイオードＤＤが飽和している、検出閾値を超えている、あるいは、受信エネルギーの上昇率または上昇の動特性がみられる場合）、切り替えステップＥ２が開始される。このステップＥ２は、取得フォトダイオードＤＡに対して切り替えコマンドＳＢＡを送信し、取得フォトダイオードＤＡに、スタンバイモードがら取得モードＡＣＱへの切り替えを行わせる。

また、切り替えステップＥ２では、検出フォトダイオードＤＤに対して、その解像度を変更するコマンドを発してもよい。その場合、特に、検出フォトダイオードＤＤの読み出し周波数を変更するためのコマンドＦＤＤが送信される。また、その時、あるいは、読み出し周波数変更コマンドＦＤＤより前に、検出フォトダイオードＤＤからの読み出し信号ＳＬを電子的に処理するゲインＧＡＤを変更するために、コマンドを発することが有利である。

また、検出フォトダイオードＤＤの解像度を変更するコマンドが適切であるかを判断するために、出力信号ＮＤＤの値も、制御モジュールＭの解析ユニットＡＮＡに対して、恒常的に送信することが有用である。解析ユニットＡＮＡは、制御モジュールＭ内において、受信エネルギー量およびエネルギーの受信率（あるいは動特性）を解析する。

このように、ユニットＡＮＡは、恒常的に動作することが有利である。そうではあるが、ユニットＡＮＡは、ステップＥ２の期間中にのみ動作してもよい。このユニットＡＮＡは、受信エネルギー量および率（あるいは動特性）に応じて、検出フォトダイオードＤＤの読み出し周波数ＦＤＤの変更および／または電子処理ゲインＧＡＤの変更を、決定し、場合によっては計算することに適するように構成されている。また、解析ユニットＡＮＡは、最適なエネルギー量が受信されたかどうかを判断し、あるいは、選択的に、受信エネルギーおよびそのエネルギーを受信した率（あるいは動特性）の関数として、画像取得のために最適な継続時間を決定することに適するように構成されている。

図３に示す実施の場合、ステップＥ３において、制御モジュールＭは、取得ダイオードＤＡによる取得を停止するために、抑止信号ＩＤＡを取得ダイオードＤＡに対して送信することに適している。この信号は、ユニットＡＮＡが計算した最適な継続時間の終了時に、所定の固定継続時間の終了時に、あるいは、センサが最適なエネルギーを受信すると直ちに、送信される。そして、図３に示すように、取得ダイオードで読み出されたＶＤＡで示される値は、メモリＭＥＭに送信される。

有利な特徴によれば、解析ステップＡＮＡはまた、ステップＥ３と同時に実行されるステップＥ３’（点線で示す）にも導かれ、このステップでは、最適なエネルギー量が受信されると直ちに、センサＣを照射する発生器（ＧＥＮと称する）を停止させる。このステップＥ３’によって、停止コマンドＳＴＧが発生器ＧＥＮに送信される。

図４〜８は、それぞれ、いくつかの実施形態において、本発明の装置がどのように動作するかを示す、様々な強度のタイミング図である。

図４は、ＡＣ放射線発生器ＧＥＮを用いた場合の、本発明の装置の動作を示す。ＡＣ発生器（図４においてＧＥＮと称する）によって放射されたエネルギーは、図４Ａにおいて、時間の関数としてプロットされる。例えば、このようなＡＣタイプの発生器が、２０ミリ秒（ｍｓ）毎、すなわち、５０ヘルツ（Ｈｚ）の周波数で、Ｘ線を放射する。パルス幅は通常、約１０ｍｓである。図４は、所定の受信エネルギー閾値ＳＰＤに達しない範囲で、照射の終了を検出することに適した装置の動作を示す。この所定の閾値ＳＰＤは、センサのサイズの関数であり、良質な画像を得るために最適な、センサが受信するエネルギー量を表示する。

本発明によれば、検出フォトダイオードＤＤは、放射パルス周波数よりもはるかに高い周波数で、周期的に読み出され、本例の周波数ＦＤＤは、図４Ｂに示すように、１００キロヘルツ（ｋＨＺ）である。１００ｋＨｚのクロック周波数は、検出フォトダイオードを、１０ミリ秒毎に１回の割合で測定したサンプリング率でサンプリングすることに相当する。一定のＸ線を照射する記載された実施形態では、この検出フォトダイオードは、図４Ｃに示すように、４倍の４００ｋＨｚを超えるゲインを有する検出フォトダイオードＧＤＤに対応する。図４Ｅは、検出フォトダイオードＤＤからの出力信号ＮＤＤを示す。ＡＣ発生器が放射しない限り、ＮＤＤの値は一定、かつ、ゼロではないことがわかる。そして、図３に示すとおり、ステップＥ０に戻り、ループされる。

図４Ｅに太い縦線で示すように、ＡＣ発生器が放射を始めると、検出フォトダイオードからの出力信号ＮＤＤが、急激かつ迅速に増加する。Ｘ線の放射が１０ｍｓ間続く場合、発生器ＧＥＮの一回の放射期間中に、この検出フォトダイオードの読み出し周波数で、８０回のサンプル測定を行うことが可能である。このようにサンプリングすることにより、ナイキスト−シャノン定理を応用して、許容可能な測定が可能である。

このように、放射の始まりは、検出フォトダイオードＤＤの少数の読み出しサンプルから検出されるので、図４Ｅのタイミング図において、太い線で図示するより他に示しようがない。このように、Ｘ線の放射は、発生器の動作速度（あるいは動特性）および測定を行う速度に照らして、ほぼ瞬時に検出される。

放射の発生を検出するには、様々な方法がある。少なくとも１つの測定サンプルの出力信号ＮＤＤが、受信エネルギー強度の閾値を超えた瞬間から、放射が検出される、と想定することができる。できるだけ迅速に動作を開始することが目的であるから、サンプリングの定理に従いながら、できるだけ大きなゲイン、および、できるだけ低いサンプリング周波数を使用するのがよい。ここで、サンプリング周波数は、最も低い値であっても、常に、放射パルス周波数よりはるかに大きいことに留意するべきである。こうすると、いかなる場合においても、放射が発生する速度（あるいは動特性）に照らして、非常に迅速に放射を検出することが可能である。

また、信号ＮＤＤの少数の測定サンプルをトラッキングして、受信エネルギーの上昇率（あるいは動特性）を解析した後においてのみ放射の発生を検出することも可能である。その際には、エネルギーが受信される率（あるいは動特性）をトラッキングすることによって、放射が検出される。

これにより、取得モードへの切り替え動作を開始するために、発生器の放射上昇徴候を使用することができる。このようにすれば、シンチレータに由来するとともに発生器が発したＸ線に対応するエネルギー以外の寄生エネルギーによりセンサが照射された場合に、取得モードが開始されてしまうことを回避できる。

図３に示すように、発生器によるＸ線の放射が検出されると直ちに、ステップＥ２で、取得ダイオードに対してコマンド信号ＳＢＡが発せられ、取得ＡＣＱが開始される。同時に、検出フォトダイオードからの出力信号ＮＤＤの値を受信した解析ユニットＡＮＡが、例えば発生器の上昇徴候から、受信エネルギーの強度が検出フォトダイオードＤＤの飽和閾値を超える、あるいは超えそうであると判断した場合、ユニットＡＮＡは、センサＣに対して、検出ダイオードＤＤの読み出し周波数ＦＤＤを上げるコマンド信号を送るように構成されている。図４Ｂでは、周波数が１００ｋＨｚから４００ｋＨｚに上がっていることがわかる。その後、フォトダイオードＤＤのゲインＧＤＤは、４分割され、これにより、取得工程を通して、検出フォトダイオードＤＤの飽和が起こらないことを確実にする。例えば、解析ユニットＡＮＡが、フォトダイオードの飽和閾値ＶＳＡＴに相当するエネルギーの７０％以上を受信した時点で、受信エネルギーが飽和閾値を超えそうだと判断する。これにより、確実に定量可能な値が得られる。

仮に、検出フォトダイオードＤＤが画像取得期間中に飽和してしまうと、受信エネルギーの測定値が定量可能ではなくなり、露出限界値を正確に判断することができなくなる。

この露出限界値は、有利には、瞬間受信エネルギーＳの合計を表す信号によって判断される。図４Ｆに示すこの信号は、発生器ＧＥＮが送信する各パルスで増分される。

図４では、信号Ｓの制御の下では画像取得は停止されない。受信信号は、このようにトラッキングされるが、取得した画像の露出を最適化する用途には使われない。本実施形態では、発生器ＧＥＮによる放射の終了が検出されると、画像取得が終了する。

有利には、発生器による放射の終了は、検出フォトダイオードＤＤを用いて検出される。信号ＮＤＤが、発生器の放射期間の半分よりも長い期間、所定の値を下回る場合に、解析ユニットＡＮＡは、取得ダイオードＤＡによる取得を停止するコマンドを発するように構成される。

電子増幅ゲインＧＡＤは、制御モジュールＭによって変更されることはない。これは、増幅された、検出フォトダイオードからの読み出し信号が、増幅器ユニットＡＤの給電電圧ＶＡＬの７０％を超えていないことを意味する。

放射停止後、解析ユニットＡＮＡは、電圧がフォトダイオード飽和電圧ＶＳＡＴの３０％を下回る場合に、読み出し周波数ＦＤＤを減少させ、ゲインＧＡＤを増加させるよう構成されることが、有利である。このような特徴により、検出フォトダイオードＤＤを、次の放射を検出するのに適した状態に戻すことができる。

図５は、図４と同様のタイミング図を含み、図５Ａでは、同じ発生器を用いたときの放射ＧＥＮの放射をさらにプロットする。図５は、図５Ｂおよび図５Ｃからわかるように、放射を検出するとすぐに、検出フォトダイオードＤＤの読み出し周波数を増加させることによって、検出フォトダイオードＤＤの解像度を同様に変更する装置の動作を示す。

図４と比べた場合の差異は、受信エネルギーＳの合計が、露出の観点からみて最適な画像が得られるようにあらかじめ定められた、受信エネルギーの最適閾値ＳＰＤに達すると直ちに、画像取得が抑止されることにある。ステップＥ３が開始された後、図３に示すように、センサＣは、取得フォトダイオードＤＡを抑止するコマンド信号ＩＤＡを受信する。その後の画像の送信には約１秒を要する。また、検出フォトダイオードＤＤも抑止されてもよい。図５Ａにおいて、画像取得が終了したにもかかわらず、発生器が２つのパルスをさらに発したことが、カーブＧＥＮからわかる。

本発明の有利な実施形態（図示せず）では、所定の最適閾値ＳＰＤに達し、画像取得が停止されると直ちに、センサＣを制御する制御モジュールＭが、発生器に対し、放射を停止させるコマンドを送信することに適するように構成されている。

図６は、図４および図５において使用したものと同じ発生器を用いて得たタイミング図であるが、本実施形態では、ユニットＡＤの給電電圧を超えるために生じる、読み出し信号の増幅における飽和が確実に起こらないようにするため、電子ゲインＧＡＤを変更した。

本実施形態では、スタンバイモードにおけるゲインＧＡＤを４倍にしている。これは、検出感度を上げるのに有用である。この４倍ゲインＧＡＤは、検出フォトダイオードの飽和電圧ＶＳＡＴにも印加されるので、飽和電圧ＶＳＡＴは、出力信号ＮＤＤにおいてより大きくなる。図４Ｄの始めと終わりにおいて、７０％ＶＳＡＴが示されていないことがわかるが、これは、図示のスケールをはみ出しているためである。これに対し、給電電圧ＶＡＬに対する出力信号の飽和レベルは、ゲインＧＡＤが印加されても、変更されない。ここでは、出力信号ＮＤＤが、先の図に示すように７０％ＶＳＡＴ値は超えないが、７０％ＶＡＬ値を超えているということが、フォトダイオードの解像度あるいは増幅の変更の開始に用いられる。

図６Ｄでは、放射が検出されると、ゲインＧＡＤが４分割される。ゲインＧＡＤをこのように変更することで、検出フォトダイオードＤＤで読み出すエネルギーレベルを、異なる間隔でサンプリングすることができる。この変更により、出力信号ＮＤＤは、最大である４倍のゲインを使用した場合のフォトダイオードから読み出されたエネルギーについて定量可能な性質を保持することができる。４倍のゲインの使用は、フォトダイオードから読み出すエネルギーが少量でも非常に迅速に認識できるので、スタンバイモードにおいて有用である。

ゲインＧＡＤに対する変更を行わない場合、増幅された電圧ＮＤＤは、給電電圧ＶＡＬを超え、それにより、出力信号ＮＤＤは、その定量可能な性質を失うことになる。

電子ゲインＧＡＤに対する変更を単独で行うためには、フォトダイオードが、使用される周波数で飽和しないことが必要である。このため、この図において、ちょうど４００ｋＨｚの周波数が使用され、これは、この周波数により、スタンバイモードの期間中も、ダイオードの最小解像度が得られ、かつ、飽和を起こさない受信エネルギーの最大容量が得られるためである。

仮に、検出ダイオードＤＤの周波数が１００ｋＨｚであると、検出フォトダイオードＤＤが受信する強度によって、飽和が引き起こされる。そうすると、図６にみられるパルスから、検出フォトダイオードＤＤからの信号を処理する際に使用したゲインＧＡＤに関係なく、ピークが制限を受けるであろうことがわかる。

実際は、増幅ゲインに対する変更と、読み出し周波数に対する変更とは、組み合わせて用いられる。ゲインは、放射が検出されると直ちに減少され、周波数はそれに引き続きあるいはそれと同時に増加されることが、有利である。読み出し周波数が受信エネルギーの関数としてその度ごとに変更されるように制御モジュールＭが構成されている場合、ゲインを直ちに大幅に減らすこと（例えば、１０００から１へ）が非常に有用であり、その結果、フォトダイオードで読み出す定量信号が、電子増幅による飽和によってマスクされることがない。

ゲインが大きいと、不飽和フォトダイオードから読み出された定量信号が、増幅後は給電電圧ＶＡＬに達してしまい、もはや定量可能ではなくなってしまうことがある。このことは、特に、出力信号ＮＤＤ、すなわち、増幅された読み出し信号を、検出フォトダイオードＤＤの読み出し周波数ＦＤＤの決定に用いる際に、有害である。この場合、定量信号を得るためには、増幅ゲインＧＡＤを照射の始めから自動的に減らしていた場合と比べて、周波数ＦＤＤをはるかに大幅に減らす必要がある。このことは、以下に図８で示される。

図７は、直流（ＤＣ）放射発生器を用いた場合の、それぞれの強度についての同時に起こる挙動のタイミング図である。図７Ａは、ＤＣ発生器からの放射プロファイルＧＥＮを示す。繰り返すが、フォトダイオードの読み出し周波数ＦＤＤは、４００ｋＨｚにセットされており、図７に対応する実施形態では、検出フォトダイオードＤＤの解像度を変更するために、電子ゲインＧＡＤが変更される。

図７では、発生器から放射が検出されると直ちに、検出フォトダイオードＤＤの解像度を減少させ、かつ、図７Ｅに示すように、出力信号ＮＤＤが確実に定量可能であるように、ゲインＧＡＤが切り替わる。

図７Ｆに示すように、本実施形態では、合計信号Ｓは線状であり、一定の傾斜を有している。図７では、図４と同様、発生器が停止されると、取得ダイオードＤＡによる取得ＡＣＱが停止される。発生器の停止は、図７Ｅに表される信号ＮＤＤを解析することによって検出される。ＤＣ発生器の停止は、受信エネルギーが所定の最低値を下回ると、検出される。

また、検出フォトダイオードＤＤの解像度は、取得ダイオードＤＡが取得モードに切り替わったときだけでなく、取得ダイオードＤＡによる取得ＡＣＱの期間中にも、変更されてもよい。これは、発生器の強度が予想を上回って上昇した場合に、有用である。

これが図８に表れている。図８では、ゲインＧＡＤが、周波数が１００ｋＨｚの状態で、２倍になっていることがわかる。そして、３０％ＶＳＡＴ値は、１倍のゲインＧＡＤユニットを用いた場合と比べて、２倍になっていることがわかる。このように、例えば図４において用いたのと同様の発生器からの放射ＧＥＮに対して、放射の検出感度が相対的に上がっている。

本発明に従って、放射が一旦検出されると周波数ＦＤＤが増加され、本実施形態では、４倍となる。そうであるにもかかわらず、信号ＮＤＤが給電電圧ＶＡＬの７０％に相当する電圧に達しているため、発生器が４倍のパルスで放射を開始するには十分ではない。しかし、読み出し周波数が増加したため、ダイオードＤＤは物理的に飽和しておらず、そのため、読み出し信号ＳＬは、定量可能な受信エネルギーを表し続けている。

このような装置は、解析ユニットＡＮＡが瞬間受信エネルギーを解析した結果、検出フォトダイオードＤＤの読み出し周波数をさらに増加させることにより、検出フォトダイオードＤＤの解像度をさらに変更することに適している。この例では、信号ＮＤＤが７０％ＶＡＬに達すると直ちに、周波数を１．５倍にする。

このように、読み出し周波数ＦＤＤをさらに増加させることにより、信号ＮＤＤを、給電電圧ＶＡＬの７０％未満に止めることができる。そして、フォトダイオードから読み出されたエネルギーが、ゲインＧＡＤによって増幅されたとしても、出力信号ＮＤＤを、給電電圧ＶＡＬに達しない範囲に止めることができる。このため、受信エネルギーは確実に定量可能であり続けることができ、それにより、適切な質の画像が得られるだけの受信エネルギーに達した瞬間を判断することができる。

最後に、本発明の原理に基づき、様々な実施が可能である。

Claims (11)

1. 歯科用放射線画像を得ることを可能にする画像取得装置（Ｃ）であって、
   放射を感知できる複数の画像取得フォトダイオード（ＤＡ）と、同様に放射を感知できる少なくとも１つの検出フォトダイオード（ＤＤ）と、を集積したマトリックスセンサ（Ｃ）と、
   前記センサ（Ｃ）を制御するための制御モジュール（Ｍ）であって、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）を周期的に読み出し、前記センサ（Ｃ）に、少なくとも、前記取得フォトダイオードが抑止されるスタンバイモード、および前記取得フォトダイオード（ＤＡ）の受信エネルギーを画像取得に用いる取得モード（ＡＣＱ）、の２つのモードの間での切り替えであって、発生器からの放射が検出されると直ちに開始（ＳＢＡ）される切り替えを行わせる、前記制御モジュール（Ｍ）とを備え、
   前記装置は、
   前記検出フォトダイオード（ＤＤ）が、前記取得フォトダイオード（ＤＡ）による照射および画像取得を含む期間において、瞬間受信エネルギーを表示する値を有する周期出力信号（ＮＤＤ）を前記制御モジュール（Ｍ）に供給することに適しており、
   前記制御モジュール（Ｍ）が、前記周期出力信号（ＮＤＤ）を用いて取得（ＡＣＱ）期間中に受信したエネルギーを解析（ＡＮＡ）し、
   前記制御モジュール（Ｍ）が、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）が照射期間中に飽和しないことを確実にするために、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）から受信するエネルギーを処理する容量を、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）からの前記出力信号（ＮＤＤ）の関数として、増加させるように構成されていることを特徴とする、
   画像取得装置（Ｃ）。
2. 前記制御モジュール（Ｍ）が、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）から受信するエネルギーを処理する容量を増加させるために、放射が検出された後、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）の読み出し（ＮＤＤ）周波数を増加させることに適していることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記検出フォトダイオード（ＤＤ）から読み出されたそれぞれの信号が、電子ゲイン（ＧＡＤ）によって処理ユニット（ＡＤ）内で増幅されて前記センサ（Ｃ）からの前記出力信号（ＮＤＤ）を形成し、前記制御モジュール（Ｍ）が、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）から受信するエネルギーを処理する容量を増加させるために、前記電子ゲイン（ＧＡＤ）を変更することに適していることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 前記検出フォトダイオード（ＤＤ）が、前記マトリックスセンサ（Ｃ）の周縁に集積されていることを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記制御モジュール（Ｍ）が、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）からの出力信号（ＮＤＤ）に下落がみられると直ちに、取得モード（ＡＣＱ）を停止させることに適していることを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 受信エネルギー量の前記解析（ＡＮＡ）により、前記センサ（Ｃ）が受信したエネルギー量（Ｓ）を前記センサ（Ｃ）が受信する最適エネルギー量（ＳＰＤ）と比較できるように、取得（ＡＣＱ）期間において前記センサ（Ｃ）が受信したエネルギー量（Ｓ）を計算することが可能となっていることを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記制御モジュール（Ｍ）が、前記受信エネルギー（Ｓ）の前記解析（ＡＮＡ）によって、前記最適エネルギー量（ＳＰＤ）が受信されたことが示されると直ちに、照射発生器（ＧＥＮ）に対して照射を停止するコマンド（ＳＴＧ）を送信することに適していることを特徴とする、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記制御モジュール（Ｍ）が、前記受信エネルギーの前記解析（ＡＮＡ）によって、前記最適エネルギー量（ＳＰＤ）が受信されたことが示されると直ちに、取得モード（ＡＣＱ）を停止することに適していることを特徴とする、
   請求項６または７に記載の装置。
9. 前記取得フォトダイオード（ＤＡ）による照射および画像取得（ＡＣＱ）の前および期間中に、前記検出フォトダイオード（ＤＤ）の読み出しコマンドを送信し、瞬間受信エネルギーを表示する値を有する周期出力信号（ＮＤＤ）を提供する、周期ステップ（Ｅ１）と、
   前記出力信号（ＮＤＤ）を受信するステップと、
   前記検出フォトダイオードが発生器（ＧＥＮ）から放射を検出（Ｅ０）すると開始されるステップであって、前記センサ（Ｃ）にスタンバイモードと取得モード（ＡＣＱ）とを切り替えさせる（ＳＢＡ）コマンドを発するステップ（Ｅ２）と、
   取得期間中に受信したエネルギーを、周期出力信号（ＮＤＤ）を用いて解析する、解析ステップ（ＡＮＡ）と、
   照射期間中に前記検出フォトダイオード（ＤＤ）が飽和しないように、前記制御モジュール（Ｍ）が前記検出フォトダイオード（ＤＤ）から受信するエネルギーを処理する容量を前記検出フォトダイオード（ＤＤ）からの前記出力信号（ＮＤＤ）の関数として変更する、少なくとも１つのステップと、
   を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像取得装置を制御する方法。
10. 請求項９の制御方法のステップを実行するための指示を含むコンピュータプログラムであって、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像取得装置の前記制御モジュール（Ｍ）によって実行される、
    コンピュータプログラム。
11. 請求項９に記載の制御方法のステップを実行するための指示を含むコンピュータプログラムが記録された、
    コンピュータによる読み出しが可能な記録媒体。
    

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