(57)【要約】【課題】安定した放射線量検出を行うことができる放射線撮像装置を提供する。【解決手段】入射した放射線を電気信号に変換する画素の間隙にＡＥＣ用検出器６５〜６７をストライプ状に形成するとともに、当該ストライプの方向とグリッド６４のストライプの方向とが非平行となるようにする。【選択図】  図４
2004167075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した放射線を信号に変換する画素群を含み、対象物の放射線画像情報を検出する撮像手段と、
前記画素群の間隙にストライプ状に形成され、放射線入射量を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段の前記ストライプの方向と散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが非平行となるように構成されていることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記検出手段の前記ストライプの方向と前記散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが略直交するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記検出手段が複数の領域に分離して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被写体に放射線を照射し、被写体を透過した放射線の強度分布を検出し、被写体の放射線画像を得る方法は、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。被写体の放射線画像を得るための一般的方法の具体例は、放射線で蛍光を発するいわゆる”蛍光板”（もしくは増感紙）と銀塩フィルムを組み合わせ、放射線を被写体に照射し、透過した放射線を蛍光板で可視光に変換し、銀塩フィルム上に潜像を形成した後、この銀塩フィルムを化学処理し、可視像を得る方法である。この方法で得られた放射線画像はアナログ写真であり、診断、検査等に使用される。
【０００３】
また、誘発性燐光物質層を有するイメージングプレート（以降、ＩＰと記す）を使用したコンピューテッド・ラジオグラフィ装置（以降、ＣＲ装置と記す）も普及しだしている。放射線照射によって、一次励起されたＩＰに、赤色レーザ等の可視光によって二次励起を行うと、誘発性燐光が生じる。ＣＲ装置はこの発光を光電子増倍管などの光センサで検出することで放射線画像を取得し、この画像データに基づき写真感光材料やＣＲＴ等に可視光像を出力する装置である。ＣＲ装置はディジタル装置であるが、二次励起による読み出しという画像形成プロセスを必要とするため、間接型ディジタル放射線撮影装置である。ここで、間接型と記す理由は、アナログ技術と同様、即時に撮影画像を表示することができないからである。
【０００４】
一方、最近では受像手段として、微小な光電変換素子、スイッチング素子等からなる画素を格子状に配列した光電変換装置を使用し、ディジタル画像を取得する技術が開発されている。これらの撮影装置は取得した画像データを即時に表示することが可能であり、直接型ディジタル撮影装置と呼べる。ディジタル撮影装置のアナログ写真技術に対する利点として、フィルムレス化、画像処理による取得情報の強調、データベース化等が挙げられる。また、直接型ディジタル撮影装置の間接型ディジタル撮影装置に対する利点としては、即時性が挙げられる。間接型が二次励起という画像形成プロセスを必要とするのに対し、直接型は撮影直後に放射線画像のディジタルデータ化がなされる。また、間接型が二次励起のための読取装置を別途必要とするのに対し、直接型はこれを必要としない。
【０００５】
従来の銀塩写真を用いた撮影装置では、放射線照射量に対するダイナミックレンジが狭いため露出オーバーや露出アンダーが出やすく、これを安定させるため放射線検出素子をフィルムの前面または背面に設け、放射線検出素子の出力を積分し、当該積分値と診断に必要なフィルム黒化度が得られる様予め決められた設定値とを比較し、設定値に到達した際Ｘ線遮断信号を送信しＸ線曝射を遮断する、フォトタイマ等と呼ばれるＡＥＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；自動曝射制御）回路を使用している。
【０００６】
ディジタル撮影装置の場合、従来の銀塩写真法に比較して広いダイナミックレンジを有する利点があり、露出オーバー・アンダーに対しては銀塩写真法と比較して許容度が大きく、また、到達放射線量が適正でなかった場合にも、濃度変換等の画像処理により診断に適する画像出力を得ることが出来る。しかし、到達放射線量が低レベルになれば、通常の銀塩写真法と同様、放射線強度分布における量子ノイズや、装置が有するシステムノイズの影響が大きくなり、画像のＳ／Ｎ比が悪化する。このため、取得画像の必要最低限の品質を確保するため最小限の到達放射線量を得る目的で、銀塩写真法と同様に自動曝射制御（ＡＥＣ）を行うためのＡＥＣ回路を使用している。尚、Ｘ線イメージインテンシファイア及び半導体検出器を含むＸ線診断装置において、当該半導体検出器がマトリクス状に配置された画素群からなり、当該画素群のうちの一部の画素群の出力を用いてＡＥＣを行うことが特許文献１に記載されている。
【０００７】
ところで、医療用に被検者の放射線像を検出する場合、放射線が被検者を透過するときに発生する散乱線の影響を減少させるために、グリッドと呼ばれる散乱線除去部材が被検者と検出器の間に置かれて使用される。グリッドは通常、鉛のような放射線を透過しにくい物質からなる箔とアルミニウムのような放射線を透過しやすい物質からなる箔を、放射線の照射方向に対して垂直な１方向に交互に配列した構成を成している。この構成により、被検者からの散乱放射線は検出器に到達する前にその大部分がグリッド内の鉛箔に吸収され、その結果コントラストの高い画像を得ることができる。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５４４８６１３号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来、固体光検出素子を用いたフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を含むディジタル撮影装置の場合、ＦＰＤ前面にＦＰＤとは別体の放射線検出素子を配置して、ＡＥＣ回路を構成している。しかしながら、装置の小型化・簡素化・低コスト化の要求や、また製造技術の向上から、ＦＰＤ内部の画素間にＡＥＣ用放射線検出素子を配置することが考えられる。この場合、ＦＰＤの読み出し駆動制御を簡略化する目的や、周辺画素への影響を極小とし画質劣化を極力回避する目的から、ＦＰＤ内部の画素間にＡＥＣ用放射線検出素子をストライプ状に配置する構造が有利と考えられる。
【００１０】
しかしながら、グリッドと組合せた使用の場合、ストライプ状のＡＥＣ用放射線検出素子がグリッドの鉛部に隠れることにより、ＡＥＣ回路による遮断線量（累積放射線量）に誤差が発生する可能性がある。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、安定した放射線量検出を行うことができる放射線撮像装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線を信号に変換する画素群を含み、対象物の放射線画像情報を検出する撮像手段と、前記画素群の間隙にストライプ状に形成され、放射線入射量を検出する検出手段とを有し、前記検出手段の前記ストライプの方向と散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが非平行となるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本実施形態のＦＰＤの構造について述べる。ＦＰＤはシンチレータ、光検出器アレー及び駆動回路から構成される。シンチレータではエネルギーの高い放射線によって蛍光体の母体物質が励起された際の再結合エネルギーにより可視領域の蛍光が得られる。その蛍光はＣａＷＯ４やＣｄＷＯ４などの母体自身によるものや、ＣｓＩ：ＴｌやＺｎＳ：Ａｇなどの母体内に付活された発光中心物質によるものがある。このシンチレータに隣接して光検出器アレーが配置されている。この光検出器アレーは光子を電気信号に変換する。図１に光検出器アレーの等価回路を示す。以下の例では二次元アモルファスシリコンセンサについて説明するが、光検出器はこれに限定されるものではなく、その他の固体撮像素子であってもよい。
【００１４】
光検出器アレー中の１素子（画素）は光検出部２１と電荷の蓄積及び読み取りを制御するスイッチングＴＦＴ２２とで構成され、一般にはガラス基板上に配されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）で形成される。光検出部２１中の２１Ｄは光ダイオードであり、２１Ｃは単に光ダイオード２１Ｄの寄生キャパシタンスであっても良いし、検出器のダイナミックレンジを改良するために光ダイオード２１Ｄと並列に接続されたコンデンサであっても良い。ダイオード２１ＤのアノードＡは共通電極であるバイアス配線Ｌｂに接続され、カソードＫはコンデンサ２１Ｃに蓄積された電荷を読み出すための制御自在なスイッチングＴＦＴ２２に接続されている。この例では、スイッチングＴＦＴ２２はダイオード２１ＤのカソードＫと電荷読み出し用増幅器２６との間に接続された薄膜トランジスタである。
【００１５】
スイッチングＴＦＴ２２とリセット用スイッチング素子２５を操作してコンデンサ２１Ｃをリセットした後に、放射線１を照射することにより、光ダイオード２１Ｄで放射線量に応じた電荷が発生し、同電荷はコンデンサ２１Ｃに蓄積される。その後、再度スイッチングＴＦＴ２２を操作することにより、信号電荷は容量素子２３に転送される。そして、容量素子２３に蓄積された電荷量を電位信号として前置増幅器２６によって読み出し、Ａ／Ｄ変換を行うことによって入射放射線量を検出する。
【００１６】
図２は図１で示された光検出器アレーを具体的に二次元に拡張して構成した光電変換装置を表す等価回路図である。この光電変換装置の光電変換動作について述べる。光検出器アレーの画素は２０００×２０００〜４０００×４０００程度の画素から構成され、アレー面積は２００ｍｍ×２００ｍｍ〜５００ｍｍ×５００ｍｍ程度である。図２において、光検出器アレーは３３２８×４０９６の画素から構成され、アレー面積は３５０ｍｍ×４３０ｍｍである。よって、１画素のサイズは約１０５×１０５μｍである。１ブロック内の３３２８画素を横方向に配線し、４０９６ラインを順に縦に配置することにより各画素を二次元的に配置している。
【００１７】
上記のとおり１画素は、光電変換素子２１とスイッチングＴＦＴ２２とで構成される。２１−（１，１）〜２１−（３３２８，４０９６）は前記光電変換素子２１に対応するものであり，光検出ダイオードのカソード側をＫ、アノード側をＡとして表している。２２−（１，１）〜２２−（３３２８，４０９６）はスイッチングＴＦＴ２２に対応するものである。
【００１８】
二次元光検出器アレーの各列の光電変換素子２１−（ｍ，ｎ）のＫ電極は対応するスイッチングＴＦＴ２２−（ｍ，ｎ）のソース，ドレイン導電路によりその列に対する共通の列信号線Ｌｃ１〜Ｌｃ３３２８に接続されている。たとえば、列１の光電変換素子２１−（１，１）〜（１，４０９６）は第一の列信号配線Ｌｃ１に接続されている。各行の光電変換素子２１のＡ電極は共通にバイアス配線Ｌｂを通してモードを操作するバイアス電源３１に接続されている。各行のＴＦＴ２２のゲート電極は行選択配線（Ｌｒ１〜Ｌｒ４０９６）に接続されている。例えば，行１のＴＦＴ２２−（１，１）〜（３３２８，１）は行選択配線Ｌｒ１に接続されている。行選択配線Ｌｒはラインセレクタ部３２を通して駆動制御部に接続されている。ラインセレクタ部３２は例えばアドレスデコーダ３４と４０９６個のスイッチ素子３５から構成される。この構成により任意のラインＬｒｎを選択することが出来る。ラインセレクタ部３２は、液晶ディスプレイなどに用いられているシフトレジスタによって構成することも可能である。
【００１９】
列信号配線Ｌｃは駆動制御部により制御される信号読み出し部３６に接続されている。２５は列信号配線Ｌｒをリセット基準電源２４の基準電位にリセットするためのスイッチ、２６は信号電位を増幅するための前置増幅器、３８はサンプルホールド回路、３９はアナログマルチプレクサ、４０はＡ／Ｄ変換器をそれぞれ表す。それぞれの列信号配線Ｌｒｎの信号は前置増幅器２６により増幅され、サンプルホールド回路３８により保持される。その出力はアナログマルチプレクサ３９により順次Ａ／Ｄ変換器４０へ出力され、ディジタル値に変換され出力される。
【００２０】
本実施形態の光電変換装置では、３３２８×４０９６個の画素を３３２８のラインＬｃｎに振り分け、この列信号配線Ｌｃｎを介して１行あたり３３２８画素の出力が同時に転送され、転送された出力は、前置増幅器２６−１〜３３２８、サンプルホールド部３８−１〜３３２８を経て、アナログマルチプレクサ３９によって順次Ａ／Ｄ変換器４０に出力される。
【００２１】
図２ではＡ／Ｄ変換器４０が１つで構成されているように表されているが、実際には４〜３２の系統で同時にＡ／Ｄ変換を行う。これは、アナログ信号帯域、Ａ／Ｄ変換レートを不必要に大きくすること無く、画像信号の読み取り時間を短くすることが要求されるためである。
【００２２】
このように構成された光検出器アレーに対し、ＡＥＣ用検出器５０は図３に示すように、回路的には全く別個に構成され、前記光検出器アレーの各画素間の間隙に配置される。５１はＡＥＣ用検出器用のバイアス電源であり、５２はＡＥＣ用検出器の出力を増幅する前置増幅器である。尚、通常の光検出器アレーの場合、画素間を縦横に配線が走り、また、可能な限り開口率を上げるため、各画素の転送用ＴＦＴ以外の部分を出来うる限り光検出ダイオードの開口部が占める設計がなされている。従って、ＡＥＣ用検出器５０を光検出器アレー上に構成するために、隣接する光検出画素の開口部を減らし、空いた空間にＡＥＣ用検出器５０を構成している。あるいは、転送用ＴＦＴは残したまま、光検出ダイオードを完全に取り除いてしまい、その空間にＡＥＣ用検出器５０を構成することも出来る。この場合には、画像を形成する画素データが欠落するため、出力画像データに対し、当該画素データを周辺の画素データから補間する画素補間処理を施す必要がある。
【００２３】
このように二次元光検出器アレー上に構成されるＡＥＣ用検出器５０の配置される領域について説明する。通常、ＡＥＣ用検出器は、単に数画素相当分あるいは１ライン相当分設けられればよいというものではない。例えば胸部撮影を行う場合、フォトタイマ等に代表される従来のＡＥＣ用装置においては、通常肺野領域の到達放射線量を測定している。この領域における照射線量が所定量に達した際に放射線照射が遮断される。尚、患者の体格や体内構造の違い、撮影時のアライメントずれ等によってＡＥＣ用検出器が肺野に配置されない場合、より透過線量の少ない領域にＡＥＣ用検出器が配置されることになり、結果として想定していたよりも多くの放射線照射が行われ、ＡＥＣの用途を満たせなくなる。このため、ＡＥＣ用の検出領域は、縦横にある程度の大きさをもった領域とされている。本実施形態におけるＡＥＣ用検出器も従来のフォトタイマ等と同様、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の矩形領域にわたって設けられる。。ただし、当該矩形領域内の全ての画素間隙にＡＥＣ用検出器を構成する必要はない。例えば、図４に示すように、光検出器アレーの画素ピッチを縦横方向とも１０５μｍとしたとき、横方向に５００画素相当分連なったライン状のＡＥＣ用検出器を、縦方向に１００画素おきに５本ストライプ状に配置してＡＥＣ用検出領域を構成すればよい。
【００２４】
図５は一般胸部撮影用のフォトタイマに代表される従来のＡＥＣ用装置の検出領域とグリッドとの配置関係を示す図である。６０は被写体肺野に対応する領域を表している。ＡＥＣ用検出領域６１、６２、６３は被写体の左右肺野部と縦隔部に対応する３箇所に配置されている。また、グリッド６４はそのストライプ（縞目ともいう）の方向が体軸と平行になるように配置される。尚、グリッド６４のストライプとは、鉛箔の様に放射線透過率の低いものとアルミ箔の様に放射線透過率の高いものとの交互配列により形成される縞模様、又は放射線によりＦＰＤ上に投影されたグリッド像の縞模様のことである。
【００２５】
ＦＰＤの場合にも、図４に示すように、従来と同様の３領域にＡＥＣ用検出器をストライプ状に配置する。そして、グリッドは、そのストライプ方向がＡＥＣ用検出器のストライプ方向と（略）直交するように配置される。尚、ＦＰＤとグリッドとは略平行に配置されている。こうすることで、グリッドによるＡＥＣ用検出器の遮蔽率を安定化することが可能となり、よって安定した放射線量検出が可能となる。尚、本実施形態ではＡＥＣ用検出器のストライプ方向とグリッドのストライプ方向とが直交するようにしたが、平行以外であれば同様の効果が得られることは明白である。尚、このように両ストライプの方向が非平行となるようにするには、グリッドの装置に対する取り付けガタや製造誤差等を考慮して、当該非平行性が保証されるように装置を設計すればよい。
【００２６】
さらに、ＡＥＣ用検出器のストライプ方向とグリッドのストライプ方向とを直交又は交差させるように配置する場合の利点は次の通りである。
（１）グリッドのストライプピッチは製造誤差により変動するが、その変動が上記遮蔽率の変動に与える影響が小さい。
（２）グリッドのストライプ方向に直交する方向にグリッドの取り付けガタがある場合、当該直交方向におけるグリッドの変位が上記遮蔽率の変動に与える影響が小さい。
（３）上記遮蔽率が安定して低い場合、グリッドの着脱その他に応じたＡＥＣ設定値の変更が不要になることがある。
【００２７】
逆に、ＡＥＣ用検出器のストライプ方向とグリッドのストライプ方向とを平行に配置する場合、次のことがいえる。
（１）製造誤差によるグリッドのストライプピッチの変動が上記遮蔽率の変動に与える影響が大きい。
（２）グリッドのストライプ方向に直交する方向にグリッドの取り付けガタがある場合、当該直交方向におけるグリッドの変位により、上記遮蔽率が大きく変動することがある。
（３）上記遮蔽率が高い場合又はその変動が大きい場合、グリッドの着脱その他に応じたＡＥＣ設定値の変更が必要になることがある。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、ＦＰＤ内にストライプ状のＡＥＣ用検出器を構成した放射線撮影装置にあって、散乱線除去用グリッドをＦＰＤの前面に配置した場合においても、放射線量を安定して検出することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、安定した放射線量検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線撮像装置の一実施形態であるＦＰＤ上の光検出器の等価回路図である。
【図２】本発明に係る放射線撮像装置の一実施形態であるＦＰＤの等価回路図である。
【図３】本発明に係る放射線撮像装置の一実施形態であるＦＰＤへのＡＥＣ用検出器の組み込み例を示した図である。
【図４】ＡＥＣ用検出領域の配置構成例を示した図である。
【図５】従来例のＡＥＣ用検出領域の配置構成を示した図である。
【符号の説明】
１  光入力
２１  光検出部
２１Ｃ    コンデンサ
２１Ｄ    光ダイオード
２２  スイッチングＴＦＴ
２３  コンデンサ
２４  リセット基準電源
２５  リセットスイッチ
２６  前置増幅器
３１  バイアス電源
３２  ラインセレクタ部
３４  アドレスデコーダ
３５  スイッチ素子
３６  信号読み出し部
３８  サンプルホールド回路
３９  アナログマルチプレクサ
４０  Ａ／Ｄ変換器
５０  ＡＥＣ用検出器
５１  ＡＥＣ用検出器用バイアス電源
５２  ＡＥＣ用検出器用前置増幅器
６０  被写体肺野領域
６１  従来のＡＥＣ検出器Ｌ
６２  従来のＡＥＣ検出器Ｒ
６３  従来のＡＥＣ検出器Ｃ
６４  グリッド縞目
６５  ストライプ状ＡＥＣ用検出器Ｌ
６６  ストライプ状ＡＥＣ用検出器Ｒ
６７  ストライプ状ＡＥＣ用検出器Ｃ
【図１】
2004167075.tif 000003
【図２】
2004167075.tif 000004
【図３】
2004167075.tif 000005
【図４】
2004167075.tif 000006
【図５】
2004167075.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月10日(2002.12.10)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した放射線を信号に変換する画素群を含み、対象物の放射線画像情報を検出する撮像手段と、
前記画素群の間隙にストライプ状に形成され、放射線入射量を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段の前記ストライプの方向と散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが非並行となるように構成されていることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記検出手段の前記ストライプの方向と前記散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが略直交するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記検出手段が複数の領域に分離して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
入射した放射線を信号に変換する画素群を含み、対象物の放射線画像情報を検出する撮像手段と、前記画素群の間隙にストライプ状に形成され、放射線入射量を検出する検出手段とを有する放射線撮像装置を用いた放射線撮像方法であって、
前記検出手段の前記ストライプの方向と散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが非並行となるようにして放射線撮影を行うことを特徴とする放射線撮像方法。
【請求項５】
前記検出手段の前記ストライプの方向と前記散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが略直交するようにして放射線撮影を行うことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像方法に関するものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、安定した放射線量検出を行うことができるようにすることを目的とする。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、本発明の放射線撮像装置は、入射した放射線を信号に変換する画素群を含み、対象物の放射線画像情報を検出する撮像手段と、前記画素群の間隙にストライプ状に形成され、放射線入射量を検出する検出手段とを有し、前記検出手段の前記ストライプの方向と散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが非並行となるように構成されていることを特徴とする。
また、本発明の放射線撮像方法は、入射した放射線を信号に変換する画素群を含み、対象物の放射線画像情報を検出する撮像手段と、前記画素群の間隙にストライプ状に形成され、放射線入射量を検出する検出手段とを有する放射線撮像装置を用いた放射線撮像方法であって、前記検出手段の前記ストライプの方向と散乱線除去用グリッドのストライプの方向とが非並行となるようにして放射線撮影を行うことを特徴とする。