JP2009204482A - 放射線画像撮影装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも増幅部又は処理部の温度を検出するとともに、良好な画像を確実且つ容易に得ることを可能にする。
【解決手段】放射線画像撮影装置２０を構成する放射線固体検出器２６は、保護ケース３６の各部位の温度を検出するサーミスタ７２ａ〜７２ｅを備え、前記サーミスタ７２ａ〜７２ｅによる検出温度に基づいて、温度制御部７４は、ペルチェ素子７６の制御を行う。温度制御部７４は、被写体に放射線が照射される際、及び放射線固体検出器２６から電気信号が読み出される際、サーミスタ７２ａ〜７２ｅへの電源の供給を停止する制御部として機能する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被写体の放射線画像情報を電気信号に変換して撮影する放射線画像撮影装置及びその制御方法に関する。

例えば、医療分野においては、放射線源から放射線を被写体（患者）に照射し、被写体を透過した放射線を放射線画像検出器で検出して放射線画像情報を取得する放射線画像撮影装置が広汎に使用されている。

放射線画像検出器としては、複数の光電変換素子及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配設される方式や光読み出し方式の他、光変換方式又は直接変換方式の放射線固体検出器等が使用されている。

特に、最近注目されているＤＲ（Digital Radiography）方式では、放射線を感知して電荷を発生させるアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等の物質を用いたフラットパネル型放射線検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）（以下、デバイスという）と、前記デバイスから出力された微小な電気信号（電荷）を増幅する増幅器（以下、ＡＳＩＣという）と、増幅された前記電気信号を処理する処理部（例えば、Ａ／Ｄ変換器）とを備えている。

上記の方式は、従来のＣＲ（Computed Radiography）方式と比較して、扱われる電荷が微小であるため、デバイスやＡＳＩＣのわずかな温度変化が出力画像に影響を与えてしまう。このため、デバイスやＡＳＩＣの温度変化に対して、安定した出力画像を得ることが望まれている。

そこで、特に増幅器の温度変化に対して安定した画像信号の取得を図るために、例えば、特許文献１に開示された放射線撮像装置が知られている。この放射線撮像装置は、図９に示すように、光電変換素子とＴＦＴとを内包する変換手段である画素が複数形成されたガラスを材質とするセンサ基板１を備えており、このセンサ基板１には、蛍光体２が積層されている。

センサ基板１に接続されるフレキシブル基板３には、増幅手段である検出用集積回路ＩＣが実装されるとともに、前記フレキシブル基板３が信号処理回路基板４に接続されている。ＩＣには、このＩＣ自体が発する熱量を放熱する冷却フィン５が熱伝達部材６を介装して配設されている。冷却フィン５は、フレキシブル基板３のＩＣを実装した面とは逆の面に弾性体７及び固定板８を配設した状態で、スリーブ９によって保持されている。

また、特許文献２に開示された放射線検出器では、ＦＰＤ本体の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度に応じて、前記ＦＰＤ本体を所望の温度とするように制御する温度コントローラと、この温度コントローラの制御下で、前記ＦＰＤ本体を冷却あるいは加熱する温度保持部と、前記温度保持部による冷却あるいは加熱の効果を促進させるためのファンとを備えている。

さらに、特許文献３に開示された放射線撮影装置では、放射線を発生する放射線発生手段と、該放射線発生手段から発生し被写体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、該放射線検出手段からの出力を前記被写体の放射線画像として表示する画像表示手段とを備え、前記放射線検出手段は複数の光電変換素子を二次元的に配置してなる放射線検出面と、該放射線検出面からの出力を増幅する検出用集積回路と、該検出用集積回路からの出力を処理する信号処理手段とを有する放射線撮影装置において、前記放射線検出面の周辺には、前記検出用集積回路又は前記信号処理手段で発生した熱が前記放射線検出面に伝達することを遮断する断熱手段を設けている。

特開２００２−２２８４１号公報 特開２００３−１４８６０号公報 特開２０００−１１６６３３号公報

ところで、上記の特許文献１〜３では、温度を一定化することにより、検出特性の安定化を図ることを目的としている。従って、通常、デバイス、ＡＳＩＣ及びＡ／Ｄ変換器等の温度を検出するために、温度検出手段として、例えば、サーミスタが用いられている。

しかしながら、ＦＰＤでは、極めて微少な電荷を扱っており、例えば、デバイスからＡＳＩＣに電気信号が読み出される際、流れる電流は、ｐＡ（ピコアンペア）〜ｎＡ（ナノアンペア）の範囲であるのに対して、サーミスタの駆動時に流れる電流は、相当に大きく、例えば、数百μＡ（マイクロアンペア）〜ｍＡ（ミリアンペア）の範囲である。

このため、デバイス、ＡＳＩＣ、Ａ／Ｄ変換器等は、サーミスタの駆動により発生する電磁場の影響を受け易く、安定した画像を得ることができないおそれがある。これにより、Ａ／Ｄ変換後の信号を画像として表示すると、その画像にアーチファクトが形成されてしまい、良好な画像を得ることができないという問題がある。

本発明は、前記の不具合に鑑みなされたものであり、少なくとも増幅部又は処理部の温度を検出する温度検出部を設けるとともに、前記温度検出部に影響されることがなく、良好な画像を確実且つ容易に得ることが可能な放射線画像撮影装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、被写体の放射線画像情報を電気信号に変換する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により変換された前記電気信号を増幅する増幅部と、増幅された前記電気信号を処理する処理部と、少なくとも前記増幅部又は前記処理部の温度を検出する温度検出部とを備える放射線画像撮影装置に関するものである。

この放射線画像撮影装置は、少なくとも被写体に放射線が照射される際又は放射線画像検出器から電気信号が読み出される際、温度検出部への電源の供給を停止する制御部を備えている。

また、増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、各ＩＣ毎に温度検出部が配設されることが好ましい。

さらに、増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、処理部は、複数の前記ＩＣに対して１つ又は一対に構成され、前記処理部又は前記処理部毎に温度検出部が配設されることが好ましい。

さらにまた、少なくとも放射線画像検出器、増幅部又は処理部には、温度調整部が配設されることが好ましい。

また、本発明は、被写体の放射線画像情報を電気信号に変換する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により変換された前記電気信号を増幅する増幅部と、増幅された前記電気信号を処理する処理部と、少なくとも前記増幅部又は前記処理部の温度を検出する温度検出部とを備える放射線画像撮影装置の制御方法に関するものである。

この制御方法は、少なくとも被写体に放射線が照射される際、又は放射線画像検出器から電気信号が読み出される際、温度検出部への電源の供給を停止する第１の工程と、前記第１の工程以外で、前記温度検出部に電源を供給して少なくとも増幅部又は処理部の温度を検出する第２の工程とを有している。

さらに、増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、各ＩＣ毎に温度検出部により温度の検出を行うことが好ましい。

さらにまた、増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、処理部は、複数の前記ＩＣに対して１つ又は一対に構成され、前記処理部又は前記処理部毎に温度検出部により温度の検出を行うことが好ましい。

また、少なくとも放射線画像検出器、増幅部又は処理部に対し、温度調整部により温度調整処理を行うことが好ましい。

本発明によれば、放射線の照射時や放射線画像検出器からの電気信号の読み出し時のように、電磁場の変化が画像に影響を与える作業が行われる間には、温度検出部への電源の供給が停止されている。これにより、得られる被写体の画像にアーチファクトが形成されることがなく、高品質な画像を確実且つ容易に得ることが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る放射線画像撮影装置２０の構成ブロック図である。

放射線画像撮影装置２０は、放射線Ｘを発生させて被写体２２に照射する放射線発生装置２４と、前記被写体２２を透過した放射線Ｘを検出する放射線固体検出器（放射線画像検出器）２６と、前記放射線発生装置２４及び前記放射線固体検出器２６を制御する制御装置２８と、前記被写体２２に対する放射線Ｘの照射線量等の撮影条件を前記制御装置２８に設定するコンソール３０と、前記放射線固体検出器２６から読み出した該被写体２２の放射線画像情報に対して所定の画像処理を施す画像処理装置３２と、処理された放射線画像情報を表示する表示装置３４とを備える。

図２は、放射線固体検出器２６の概略構成斜視図である。放射線固体検出器２６は、保護ケース３６に収納され、被写体２２を透過した放射線Ｘに係る放射線画像情報を二次元の電荷情報として蓄積するセンサ基板３８と、前記センサ基板３８を構成する各画素に接続されるゲート線を駆動するゲート線駆動回路を構成する複数の駆動用ＩＣ４０と、駆動状態にあるゲート線が接続される各画素より信号線を介して電荷情報を読み出す信号読出回路を構成する複数の読出用ＩＣ４２とを備える。

図３は、放射線固体検出器２６の回路構成ブロック図である。放射線固体検出器２６は、センサ基板３８と、複数の駆動用ＩＣ４０からなるゲート線駆動回路４４と、複数の読出用ＩＣ４２からなる信号読出回路４６と、前記ゲート線駆動回路４４及び前記信号読出回路４６を制御するタイミング制御回路４８とを備える。

センサ基板３８は、放射線Ｘを感知して電荷を発生させるアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等の物質からなる光電変換層５１を行列状の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）５２のアレイの上に配置した構造を有し、発生した電荷を蓄積容量５３に蓄積した後、各行毎に前記ＴＦＴ５２を順次オンにして、電荷を画像信号として読み出す。図３では、光電変換層５１及び蓄積容量５３からなる１つの画素５０と１つのＴＦＴ５２との接続関係のみを示し、その他の画素５０の構成については省略している。

なお、アモルファスセレンは、高温になると構造が変化して機能が低下してしまうため、所定の温度範囲内で使用する必要がある。各画素５０に接続されるＴＦＴ５２には、行方向と平行に延びるゲート線５４と、列方向と平行に延びる信号線５６とが接続される。各ゲート線５４は、ゲート線駆動回路４４に接続され、各信号線５６は、信号読出回路４６に接続される。

図４は、複数の読出用ＩＣ４２によって構成される信号読出回路４６の詳細ブロック図である。信号読出回路４６は、センサ基板３８の各信号線５６に接続される電荷検出回路５７を備える。複数の電荷検出回路５７は、タイミング制御回路４８からのタイミング制御信号に基づき、信号線５６の１つに接続されている画素５０を選択するマルチプレクサ６０と、選択された画素５０から読み出した放射線画像情報をデジタル信号としての画像信号に変換し、画像処理装置３２に送信するＡ／Ｄ変換器(処理部)６２とに接続される。

電荷検出回路５７は、信号線５６から供給される電荷情報を積分し電圧信号として検出するもので、増幅部であるオペアンプ（積分アンプ）６６、積分コンデンサ６８及びスイッチ７０を備える。オペアンプ６６の反転入力端子には、信号線５６が接続され、オペアンプ６６の非反転入力端子には、基準電圧Ｖｂが供給される。

図５に示すように、センサ基板３８の両端には、信号線５６を有する複数のフレキシブル基板７７が接続される。一方（図５中、右側）の各フレキシブル基板７７は、一方のＡ／Ｄ変換器６２に接続されるとともに、他方（図５中、左側）の各フレキシブル基板７７は、他方のＡ／Ｄ変換器６２に接続される。各フレキシブル基板７７には、電荷検出回路５７が配設される。

センサ基板３８の近傍、前記センサ基板３８と電荷検出回路５７との間、前記電荷検出回路５７の近傍、前記電荷検出回路５７とＡ／Ｄ変換器６２との間、及び前記Ａ／Ｄ変換器６２の近傍には、温度検出部として、例えば、サーミスタ７２ａ〜７２ｅが配設される。

図６に示すように、放射線固体検出器２６は、サーミスタ７２ａ〜７２ｅの検出温度に応じて、所定の部位（後述する）を所望の温度に制御する温度制御部７４と、この温度制御部７４の制御下に、センサ基板３８、読出用ＩＣ４２又はＡ／Ｄ変換器６２の少なくともいずれかを冷却あるいは加熱する温度調整部、例えば、ペルチェ素子７６と、前記ペルチェ素子７６による冷却あるいは加熱の効果を促進させるためのファン７８と、ＦＰＤ用電源７９とを備えている。なお、ペルチェ素子７６は、温度調整を行う部分に対応して、例えば、センサ基板３８、読出用ＩＣ４２及びＡ／Ｄ変換器６２の近傍に配置される。

制御装置２８は、温度設定部８０を備え、この温度設定部８０には、目標温度の上限値及び下限値が予め記憶されており、サーミスタ７２ａ〜７２ｅの検出値と、前記目標温度の上限値及び下限値とを比較することにより、ペルチェ素子７６の冷却動作、加熱動作又は停止の制御が行われる。

温度制御部７４は、少なくとも被写体２２に放射線Ｘが照射される際、又はセンサ基板３８から電気信号が読み出される際（本実施形態では、両方）、サーミスタ７２ａ〜７２ｅへの電源の供給を停止する一方、上記の処理以外に際しては、前記サーミスタ７２ａ〜７２ｅに電源を供給して保護ケース３６の所定の部位、すなわち、センサ基板３８、読出用ＩＣ４２及びＡ／Ｄ変換器６２（以下、単に保護ケース３６ともいう）の温度検出するための制御部として機能する。

保護ケース３６は、稼働時に放射線検出感度等を良好に保つために、所定の温度に保つことが必要であるとともに、非稼働時には、画素５０の膜剥離を阻止するために所定の温度範囲に保持する必要がある。

図７には、稼働時における保護ケース３６の保持温度の一例が示されている。目標温度Ｔ１（例えば、３０℃）に対して、温度制御部７４は、ペルチェ素子７６を動作させることにより、±ΔＴの範囲内に前記保護ケース３６を保持するように制御する。

図８には、非稼働時の保護ケース３６の保持温度の一例が示されている。保持温度は、非稼働時の下限目標温度Ｔ２（例えば、１０℃）と上限目標温度Ｔ３（例えば、４０℃）との間に設定され、温度制御部７４は、ペルチェ素子７６を動作制御させることによって、前記目標温度Ｔ２〜Ｔ３の温度範囲内に保護ケース３６を保持する。

本実施形態の放射線画像撮影装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。

先ず、図１に示すように、コンソール３０を用いて、被写体２２に係るＩＤ情報、撮影条件等の設定が行われる。この場合、ＩＤ情報には、被写体２２の氏名、年齢、性別等の情報があり、被写体２２が所持するＩＤカードから取得することもできる。また、撮影条件としては、医師によって指示された撮影部位、撮影方向等の情報に加え、撮影部位に応じた放射線Ｘの照射線量があり、ネットワークに接続された上位の装置から取得し、あるいは、コンソール３０から放射線技師が入力することが可能である。

次に、放射線固体検出器２６に対して被写体２２の撮影部位を位置決めした後、制御装置２８は、設定された撮影条件に従って放射線発生装置２４を制御し、放射線Ｘを前記被写体２２に照射する。被写体２２を透過した放射線Ｘは、放射線固体検出器２６のセンサ基板３８を構成する各画素５０の光電変換層５１によって電気信号に変換され、蓄積容量５３に電荷として蓄積される（図３）。

次いで、各蓄積容量５３に蓄積された被写体２２の放射線画像情報である電荷情報は、タイミング制御回路４８からゲート線駆動回路４４及び信号読出回路４６に供給されるタイミング制御信号に従って、読み出される。

すなわち、ゲート線駆動回路４４は、タイミング制御回路４８からのタイミング制御信号に従ってゲート線５４の１つを選択し、選択されたゲート線５４に接続されている各ＴＦＴ５２のベースに駆動信号を供給する。一方、信号読出回路４６は、タイミング制御回路４８からのタイミング制御信号に従い、電荷検出回路５７に接続されている信号線５６をマルチプレクサ６０により行方向に順次切り替えながら選択する。

選択されたゲート線５４及び信号線５６に対応する画素５０の蓄積容量５３に蓄積された放射線画像情報に係る電荷情報は、図４に示すように、オペアンプ６６及び積分コンデンサ６８によって積分された後、マルチプレクサ６０を介してＡ／Ｄ変換器６２に供給され、デジタル信号である画像信号として画像処理装置３２に供給される。

行方向に配列された各画素５０から画像信号が読み出された後、ゲート線駆動回路４４は、列方向の次のゲート線５４を選択して駆動信号を供給し、信号読出回路４６は、選択されたゲート線５４に接続されたＴＦＴ５２から同様にして画像信号を読み出す。以上の動作を繰り返すことにより、センサ基板３８に蓄積された二次元の放射線画像情報が読み出され、画像処理装置３２に供給される。

この場合、本実施形態では、放射線画像撮影装置２０が稼動している際には、保護ケース３６の温度、すなわち、センサ基板３８、読出用ＩＣ４２及びＡ／Ｄ変換器６２の温度（少なくともセンサ基板３８、読出用ＩＣ４２又はＡ／Ｄ変換器６２のいずれかの温度でも良い）が、図７に示すように、目標温度Ｔ１に近似するように制御されている。

その際、図６に示すように、制御装置２８では、サーミスタ７２ａ〜７２ｅに電源が供給されることにより、前記サーミスタ７２ａ〜７２ｅを介してセンサ基板３８、読出用ＩＣ４２及びＡ／Ｄ変換器６２の温度が検出されている。そして、温度制御部７４は、この検出温度に基づいてペルチェ素子７６の冷却動作、加熱動作又は停止処理の制御が行われている。

ここで、サーミスタ７２ａ〜７２ｅの駆動時に流れる電流は、例えば、数百μＡ〜ｍＡの範囲であるのに対し、例えば、センサ基板３８から読出用ＩＣ４２に電気信号が読み出される際に流れる電流は、相当に小さく、ｐＡ〜ｎＡの範囲である。このため、温度制御部７４は、電磁場の変化が画像に影響を与える作業、すなわち、センサ基板３８に被写体２２の放射線Ｘが照射される際、及び前記センサ基板３８から電気信号が読み出される際、サーミスタ７２ａ〜７２ｅへの電源の供給を停止する。

これにより、画像処理装置３２に供給される放射線画像情報は、画像にアーチファクトが形成されることがなく、高品質な画像を確実且つ容易に得ることが可能になるという効果が得られる。

また、上記の作業以外では、温度制御部７４は、サーミスタ７２ａ〜７２ｅに電源を供給して保護ケース３６の温度検出が行われるため、放射線画像撮影装置２０を良好に稼動することができる。なお、放射線固体検出器２６は、１５℃〜３５℃の温度範囲内に温度制御されており、この温度範囲内においてのみ、放射線Ｘの照射や電気信号の読み出しが行われる。

また、例えば、保護ケース３６、読出用ＩＣ４２及びＡ／Ｄ変換器６２には、他の設備（サーミスタ７２ａ〜７２ｅを除く）からの電磁波の影響を排除するために、図示しないシールド手段を施すことが好ましい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、ペルチェ素子７６は、各読出用ＩＣ４２毎に設けて温度制御を行うほか、複数の読出用ＩＣ４２毎に設けてもよい。

また、照射された放射線Ｘを直接電荷情報に変換する放射線固体検出器２６等に代えて、シンチレータによって放射線Ｘを一旦可視光に変換し、その可視光を電荷情報に変換する構成からなる放射線検出器を利用することもできる。

本発明の実施形態に係る放射線画像撮影装置の構成ブロック図である。 図１に示す放射線固体検出器の概略構成図である。 前記放射線固体検出器の回路構成ブロック図である。 図３に示す信号読出回路の詳細ブロック図である。 前記放射線固体検出器に配置される温度センサの説明図である。 前記放射線画像撮影装置のブロック図である。 稼動時の温度制御説明図である。 非稼動時の温度制御説明図である。 特許文献１に係る放射線画像検出器の概略構成図である。

符号の説明

２０…放射線画像撮影装置 ２２…被写体
２４…放射線発生装置 ２６…放射線固体検出器
２８…制御装置 ３２…画像処理装置
３６…保護ケース ３８…センサ基板
４０…駆動用ＩＣ ４２…読出用ＩＣ
４４…ゲート線駆動回路 ４６…信号読出回路
５０…画素 ５１…光電変換層
５２…ＴＦＴ ５７…電荷検出回路
６２…Ａ／Ｄ変換器 ７２ａ〜７２ｅ…サーミスタ
７４…温度制御部 ７６…ペルチェ素子
７７…フレキシブル基板 ８０…温度設定部

Claims (8)

1. 被写体の放射線画像情報を電気信号に変換する放射線画像検出器と、
   前記放射線画像検出器により変換された前記電気信号を増幅する増幅部と、
   増幅された前記電気信号を処理する処理部と、
   少なくとも前記増幅部又は前記処理部の温度を検出する温度検出部と、
   を備える放射線画像撮影装置であって、
   少なくとも前記被写体に放射線が照射される際又は前記放射線画像検出器から前記電気信号が読み出される際、前記温度検出部への電源の供給を停止する制御部を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。
2. 請求項１記載の放射線画像撮影装置において、前記増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、
   各ＩＣ毎に前記温度検出部が配設されることを特徴とする放射線画像撮影装置。
3. 請求項１又は２記載の放射線画像撮影装置において、前記増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、
   前記処理部は、複数の前記ＩＣに対して１つ又は一対に構成され、
   前記処理部又は前記処理部毎に前記温度検出部が配設されることを特徴とする放射線画像撮影装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線画像撮影装置において、少なくとも前記放射線画像検出器、前記増幅部又は前記処理部には、温度調整部が配設されることを特徴とする放射線画像撮影装置。
5. 被写体の放射線画像情報を電気信号に変換する放射線画像検出器と、
   前記放射線画像検出器により変換された前記電気信号を増幅する増幅部と、
   増幅された前記電気信号を処理する処理部と、
   少なくとも前記増幅部又は前記処理部の温度を検出する温度検出部と、
   を備える放射線画像撮影装置の制御方法であって、
   少なくとも前記被写体に放射線が照射される際又は前記放射線画像検出器から前記電気信号が読み出される際、前記温度検出部への電源の供給を停止する第１の工程と、
   前記第１の工程以外で、前記温度検出部に電源を供給して少なくとも前記増幅部又は前記処理部の温度を検出する第２の工程と、
   を有することを特徴とする放射線画像撮影装置の制御方法。
6. 請求項５記載の制御方法において、前記増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、各ＩＣ毎に前記温度検出部により温度の検出を行うことを特徴とする放射線画像撮影装置の制御方法。
7. 請求項５又は６記載の制御方法において、前記増幅部は、複数のＩＣを有するとともに、前記処理部は、複数の前記ＩＣに対して１つ又は一対に構成され、
   前記処理部又は前記処理部毎に前記温度検出部により温度の検出を行うことを特徴とする放射線画像撮影装置の制御方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の制御方法において、少なくとも前記放射線画像検出器、前記増幅部又は前記処理部に対し、温度調整部により温度調整処理を行うことを特徴とする放射線画像撮影装置の制御方法。

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