JP5509228B2

JP5509228B2 - 放射線画像記録読取装置

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Publication number: JP5509228B2
Application number: JP2012024783A
Authority: JP
Inventors: たか志荘司
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP2012142954A

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。

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

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_２）、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１０^２以上、望ましくは１０^３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。

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。

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

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と、前記光導電層にて発生した電荷を読み出すＴＦＴスイッチ部とを備えてなり、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記録用電圧を印加する電圧印加手段と、
通常は動作状態とされ、前記ＴＦＴスイッチ部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、
前記信号検出手段は、オペアンプ、該オペアンプの反転入力端子と出力端子の間に配置されたコンデンサ、該コンデンサと並列に接続されたリセットスイッチからなるチャージアンプ回路を備え、
前記リセットスイッチがＯＮ状態となり前記オペアンプの入出力端が短絡されることにより、前記信号検出手段が非動作状態となるように構成され、
放射線画像記録時において、前記電圧印加手段が前記放射線固体検出器に対して前記記録用電圧を印加する際に、前記リセットスイッチをＯＦＦ状態からＯＮ状態にすることにより、前記信号検出手段を動作状態から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。
前記電圧印加手段が前記放射線固体検出器に前記記録用電圧を印加している間に、前記記録光の照射を受けることを特徴とする請求項１記載の放射線画像記録読取装置。
放射線画像記録時において、前記電圧印加手段により前記放射線固体検出器の前記光導電層に前記記録用電圧が印加される前に、前記リセットスイッチをＯＦＦ状態からＯＮ状態とし、前記電圧印加手段による前記記録用電圧の印加停止後に、前記リセットスイッチをＯＮ状態からＯＦＦ状態とすることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像記録読取装置。
前記放射線固体検出器に放射線が照射されている期間は、前記リセットスイッチをＯＦＦ状態とすることを特徴とする請求項３記載の放射線画像記録読取装置。
前記放射線固体検出器が、前記記録光として照射された放射線をシンチレーターにより一旦蛍光に変換し、この蛍光を検出することにより前記画像情報を記録する光変換方式のものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の放射線画像記録読取装置。