(57)【要約】【課題】濃度階調分解能が高く、高画質の歯科用Ｘ線撮影装置を提供する。【解決手段】被験者頭部にＸ線を照射するＸ線照射部１と、被験者頭部を透過したＸ線像を検出するための半導体Ｘ線撮像素子３を内蔵した撮像部２と、Ｘ線照射部１と撮像部２とが被験者の頭部の周りを対向しながら回転するように配置された回転アーム４とを備え、撮像部２の半導体Ｘ線撮像素子３の近傍に冷却装置５を設けることによって半導体Ｘ線撮像素子３自体の温度を素子周辺よりも低い温度状態に維持できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者頭部にＸ線を照射するＸ線照射部と、
被験者頭部を透過したＸ線像を検出するための半導体Ｘ線撮像素子を内蔵した撮像部と、
前記Ｘ線照射部と撮像部とが被験者の頭部の周りを対向しながら回転するように配置された回転アームと、
前記撮像部の半導体Ｘ線撮像素子の近傍に設けられ、半導体Ｘ線撮像素子自体の温度を素子周辺よりも低い温度状態に維持する冷却装置と
を備える歯科用Ｘ線撮影装置。
【請求項２】
冷却装置が電子冷却器で構成された請求項１記載の歯科用Ｘ線撮影装置。
【請求項３】
前記電子冷却器はペルチェ素子である請求項２記載の歯科用Ｘ線撮影装置。
【請求項４】
冷却装置が外郭に接続されたヒートパイプで構成された請求項１記載の歯科用Ｘ線撮影装置。
【請求項５】
半導体Ｘ線撮像素子の近傍に配置された電子的に作動する温度検出素子と、
前記温度検出素子の出力に基づいて前記冷却装置の動作を制御する冷却制御部と
をさらに備える、請求項２又は請求項３に記載の歯科用Ｘ線撮影装置。
【請求項６】
半導体Ｘ線撮像素子の近傍に配置された電子的に作動する温度検出素子と、
前記温度検出素子の出力に基づいて前記半導体Ｘ線撮像素子の暗電流量を算出する暗電流算出部と、
前記暗電流算出部が算出した前記暗電流量に基づいて、前記撮像部が取得した画像を処理する画像処理部と
をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の歯科用Ｘ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯科医院などにおいて診断に使用される半導体Ｘ線撮像素子を用いた歯科用Ｘ線撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の歯科用Ｘ線撮影装置は、図７に示すようにＸ線照射部１と、半導体Ｘ線撮像素子３を内蔵した撮像部２とを被写体である患者の頭部を挟んで対向して配置した回転アーム４が、患者頭部の周囲を回転する構成となっている（例えば特許文献１参照）。そして撮像部２には、半導体Ｘ線撮像素子３とともにその制御回路６を内蔵しており、回転アーム４に着脱自在に取付けられる構成となっているものが一般的である。
【０００３】
また、歯科用とは用途が異なるが、医療用のＸ線撮影装置の場合には、撮影したＸ線像を蛍光板を用いて可視光画像に変換し、この可視光画像をレンズなどを用いて集光したり、あるいはミラーによって反転集光して、冷却ＣＣＤ（半導体撮像素子）で読み出す構成のものが知られている（例えば特許文献２，３，４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５７０２５号公報
【特許文献２】特開２００５−７３８５７号公報
【特許文献３】特開２０００−３２９８９８号公報
【特許文献４】特開２００７−７５３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の歯科用Ｘ線撮影装置で使用している半導体Ｘ線撮像素子の場合、出力信号に含まれる暗電流成分が大きいため、これがノイズ成分となって撮影画像の画質を低下させるという問題があった。
【０００６】
特に歯科用Ｘ線撮影装置の場合、各画素に蓄積された電荷（画像データ）を、順次、回転アームの回転方向に隣接する画素に受け渡して画像データを読み出す、いわゆるＴＤＩ（Time Delayed Integration:時間遅延積分）法と呼ばれる半導体制御手法を用いているために、各画素の電荷蓄積時間が通常より長く、暗電流の発生しやすい条件となっており、場合によっては出力信号の半分近くが暗電流によって占められる場合もある。さらにまた暗電流は温度依存性が大きい（７〜８℃の温度上昇で暗電流値が倍になる）ことも知られており、季節変化（たとえば夏と冬）の影響も受けやすいことがわかっている。
【０００７】
このような暗電流の影響を低減させるため、通常の可視光用半導体撮像素子では、受光領域の周辺部をアルミ箔膜等の遮光材で覆って可視光が入射しないようにし、この部分の画素の出力（暗電流）を参照信号として画像信号から除算する回路を内蔵したものもあるが、Ｘ線は遮光材も透過してしまうためＸ線撮像においてはこのような手段を用いることができない。
【０００８】
そのため、歯科用Ｘ線撮影装置においては得られた出力信号をデジタルデータに変換した後に、演算処理によって信号成分を取り出す方法が用いられているのが現状で、Ｘ線撮影画像が通常の可視光画像に較べて階調分解能で大きく劣る原因となっている。
【０００９】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、暗電流成分が少なく、濃度階調分解能が高く、高画質の歯科用Ｘ線撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の歯科用Ｘ線撮影装置は、被験者頭部にＸ線を照射するＸ線照射部と、被験者頭部を透過したＸ線像を検出するための半導体Ｘ線撮像素子を内蔵した撮像部と、前記Ｘ線照射部と撮像部とが被験者の頭部の周りを対向しながら回転するように配置された回転アームと、前記撮像部の半導体Ｘ線撮像素子の近傍に設けられ、半導体Ｘ線撮像素子自体の温度を素子周辺よりも低い温度状態に維持する冷却装置とを備える。
【００１１】
この構成により、半導体Ｘ線撮像素子近傍に設けた冷却装置の作用によって、半導体Ｘ線撮像素子自体の温度を周辺温度よりも低い状態に維持することができ、動作時に半導体Ｘ線撮像素子で発生する暗電流を低減することができる。
【００１２】
また、本発明の歯科用Ｘ線撮影装置は、冷却装置を電子冷却器とした構成を有している。この種の電子冷却器としては、例えばペルチェ素子がある。
【００１３】
この構成により、半導体Ｘ線撮像素子の温度を自在にコントロールすることが可能となる。
【００１４】
代案としては、本発明の歯科用Ｘ線撮影装置は、冷却装置を外郭に接続されたヒートパイプとした構成を有している。
【００１５】
この構成により、半導体Ｘ線撮像素子の温度を装置の外郭と同じ温度状態に維持することができ、撮像部内の制御回路の発熱による温度上昇を防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明の歯科用Ｘ線撮影装置は、半導体Ｘ線撮像素子の近傍に配置された電子的に作動する温度検出素子と、前記温度検出素子の出力に基づいて前記冷却装置の動作を制御する冷却制御部とをさらに備える。
【００１７】
この構成により、動作時の半導体Ｘ線撮像素子の温度状態をリアルタイムで知ることができるようになるので、この値をもとに冷却装置の動作を制御することで、半導体Ｘ線撮像素子を素子周辺よりも低い温度状態に確実に維持して暗電流を効果的に低減できる。
【００１８】
さらにまた、本発明の歯科用Ｘ線撮影装置は、半導体Ｘ線撮像素子の近傍に配置された電子的に作動する温度検出素子と、前記温度検出素子の出力に基づいて前記半導体Ｘ線撮像素子の暗電流量を算出する暗電流算出部と、前記暗電流算出部が算出した前記暗電流量に基づいて前記撮像部が取得した画像を処理する画像処理部とをさらに備える。この構成によれば、暗電流の影響を低減ないしは除去することで、濃度階調分解能をさらに向上してより高画質の画像が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、撮像部の半導体Ｘ線撮像素子の近傍に冷却装置を設けることにより、半導体Ｘ線撮像素子において発生するノイズ成分としての暗電流を低減することができ、歯科Ｘ線撮影画像の濃度階調分解能を高め、高画質化を実現するという効果を有する歯科用Ｘ線撮影装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置について、図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置を図１及び図２に示す。
【００２２】
図１において、１は被験者頭部にＸ線を照射するＸ線照射部、２は被験者頭部を透過したＸ線像を検出するための半導体Ｘ線撮像素子３を内蔵する撮像部、４は回転中心が被験者の歯列に沿って移動するようにした回転アームで、Ｘ線照射部１と撮像部２が被験者の頭部の周りを対向しながら回転するように配置されている。５は半導体Ｘ線撮像素子３の近傍に設けた冷却装置で、６は半導体Ｘ線撮像素子３の駆動を制御するために撮像部２内に設けた制御回路である。
【００２３】
図２を参照すると、撮像部２は、半導体撮像素子３とその制御回路６を備える。上位の制御回路６１からの制御信号がＸ線照射部１と撮像部２の制御回路６に入力され、それによってＸ線照射部１及び撮像部２の動作が制御される。半導体撮像素子３から出力された画像信号は、アンプ７１及びＡ／Ｄコンバータ７２を介して画像処理部７３に出力される。この画像処理部７３は図示しない表示装置等の他の機器に接続されている。
【００２４】
以上のように構成された歯科用Ｘ線撮影装置について、その動作を説明する。
【００２５】
まず、被験者を所定の撮影位置に立たせ、回転アーム４を初期位置にセットして歯科用Ｘ線撮影装置を動作させると、回転アーム４の一端に設けられたＸ線照射部１からＸ線照射が開始され、被験者の頭部を透過したＸ線は回転アーム４の他端に設けられた撮像部２の半導体Ｘ線撮像素子３の位置に照射される。そして半導体Ｘ線撮像素子３は、回転アーム４の矢印方向への回転に伴って、制御回路６によって駆動制御され被験者歯顎部のＸ線画像が撮影される。
【００２６】
このとき、医科用Ｘ線撮影装置などに用いられている通常の可視光撮像用の半導体撮像素子のように、撮影と同時に参照暗電流を検出して暗電流成分を取り除くことのできない歯科用Ｘ線撮影装置の場合には、半導体Ｘ線撮像素子３の出力信号は図３（ａ）に示すような出力を示し、Ｘ線撮影時の半導体Ｘ線撮像素子３の温度に応じた暗電流出力の上に画像信号が重畳された出力信号となる。このため、半導体Ｘ線撮像素子３の全出力のうちで本来の画像信号が占める割合はＳ/（Ｓ＋Ｎ１）となり、前述したＡ／Ｄ変換器７２の分解能が１２ビットの場合、最大濃度階調が４０９６階調であるのに対して、実質的な画像（本来検出したいＸ線画像）の最大濃度階調分解能は４０９６×Ｓ/（Ｓ＋Ｎ１）階調にしかならないことになる。
【００２７】
しかしながら、上記Ｘ線撮影を行う間、半導体Ｘ線撮像素子３の近傍に設けた冷却装置５を動作させることによって半導体Ｘ線撮像素子３が冷却され、温度依存性の高い暗電流（７〜８℃の温度低下で暗電流は半減する）の発生が抑えられると、半導体Ｘ線撮像素子３の出力信号は図３（ｂ）の状態となるので、全出力のうちで本来の画像信号が占める割合はＳ/（Ｓ＋Ｎ２）と大幅に改善され（Ｎ２＜＜Ｎ１）、濃度階調分解能の高いＸ線画像を得ることができる。
【００２８】
このような本発明の第１の実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置によれば、撮像部２の半導体Ｘ線撮像素子３の近傍に冷却装置５を設けることにより、半導体Ｘ線撮像素子３を用いる歯科用Ｘ線撮影装置特有の課題である暗電流による画像の濃度階調分解能の低下を大幅に低減することができ、濃度階調分解能の大きい高画質のＸ線画像を撮影することができる。
【００２９】
本実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置における冷却装置５の構成を図４に示す。
【００３０】
図４において、冷却装置５は、いわゆるペルチェ素子などからなる電子冷却器５１と放熱フィン５２とから構成されている。
【００３１】
具体的には、本実施形態では、ペルチェ素子などからなる電子冷却器５１は半導体Ｘ線撮像素子３の背面に固着され、さらにその背面に放熱フィン５２が取付けられている。そして電子冷却器５１の作用によって半導体Ｘ線撮像素子３の熱が吸収され、放熱フィン５２を介して放熱された結果、半導体Ｘ線撮像素子３の温度が低温に保たれ、暗電流の発生を抑制することができる。放熱フィン５２は撮像部２の外郭２１の外側に露出している。また、隣接する放熱フィン５２間の隙間は、図１において矢印で示す回転アーム４の回転方向、すなわち撮影時における撮像部２の移動方向に延びている。これらの構成により、放熱フィン５２は高効率での放熱が可能である。
【００３２】
以上のように本実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置によれば、冷却装置としてペルチェ素子などからなる電子冷却器５１と放熱フィン５２を設けることにより、必要に応じて半導体Ｘ線撮像素子３の温度を自在にコントロールして暗電流の発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、以上の説明では、電子冷却器５１を半導体Ｘ線撮像素子３の背面に直接固着する構成とした例について説明したが、半導体Ｘ線撮像素子３の温度を下げることができるのであれば特に固着する必要はなく、たとえば、半導体Ｘ線撮像素子３がプリント基板上に取付けられている場合などは、プリント基板を介した背面に取付けてあってもよい。
【００３４】
図４を参照すると、７は温度検出素子で、半導体Ｘ線撮像素子３の表面に取付けられた構成となっている。
【００３５】
図２を併せて参照すると、温度検出素子７によって検出された半導体Ｘ線撮像素子３の温度は、冷却制御部６２に入力される。冷却制御部６２は温度検出素子７の出力に基づいて半導体Ｘ線撮像素子３自体の温度を素子周辺よりも低い温度状態に維持するように冷却装置５の動作を制御する。
【００３６】
例えば、冷却制御部６２は、温度検出素子７の出力に基づいて、半導体素子Ｘ線撮像素子６の温度が素子周辺の温度より十分に定温な一定温度に保持されるように冷却装置５の動作を制御する。さらに具体的には、冷却制御部６２は、温度検出素子７の出力から素子周辺温度の上昇を検出した場合には、ペルチェ素子に対する通電量を増大させて冷却効果を高める。逆に、冷却制御部６２は、温度検出素子７の出力から素子周辺温度の低下を検出して場合には、ペルチェ素子に対する通電量を減少させて冷却効果を弱める。
【００３７】
また、温度検出素子７によって検出された半導体Ｘ線撮像素子３の温度は、暗電流算出部８１に出力される。暗電流算出部８１は、温度検出素子７の出力に基づいて、半導体Ｘ線撮像素子６の暗電流量を推定ないしは算出する。例えば、暗電流算出部８１は、温度検出素子７により検出される温度と暗電流量の関係を予め記憶しておき、それに基づいて温度検出素子７の出力から暗電流量を推定ないし算出する。暗電流算出部８１で推定ないし算出された暗電流量は、画像処理部７３に入力される。画像処理部７３は、半導体Ｘ線撮像素子３からアンプ７１及びＡ／Ｄ変換器７２を経由して入力されるデジタル画像信号を処理して画像を構成する際に、暗電流量を使用する。例えば、画像処理部７３は、暗電流算出部７３からの出力に基づいて、図３（ａ），（ｂ）において符号Ｎ１，Ｎ２で示す暗電流に起因するノイズをキャンセルする。これによって、より濃度階調分解能の高いより高画質のＸ線画像を得ることができる。
【００３８】
以上のように本実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置によれば、半導体Ｘ線撮像素子の近傍に電子的に作動する温度検出素子７を配置することにより、冷却装置５の動作を制御して半導体Ｘ線撮像素子３の温度を一定に保ったり、半導体Ｘ線撮像素子３の暗電流量を算出して取り除いたりすることができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置における冷却装置の構成を図５及び図６に示す。
【００４０】
本実施形態における冷却装置５は、半導体Ｘ線撮像素子３の背面に取付けたヒートパイプ５３の他端が撮像部２の外郭２１に取付けられた構成となっている。また、第１の実施の形態とは異なり、本実施形態における冷却装置５は、ペルチェ素子等の電子冷却器５１（図２参照）を備えていない。そのため、冷却制御部６２（図２参照）は設けられておらず、温度検出素子７の検出した素子周辺温度は暗電流算出部８１にのみ出力される。
【００４１】
以上のように構成された歯科用Ｘ線撮影装置について、図５を用いてその動作を説明する。
【００４２】
本実施形態では、ヒートパイプ５３は半導体Ｘ線撮像素子３の熱を効率的に撮像部２の外郭２１に背面に伝達し、半導体Ｘ線撮像素子３の温度は撮像部２の外郭２１と常に同じ温度に維持される。
【００４３】
以上のように本実施の形態の歯科用Ｘ線撮影装置によれば、冷却装置５として半導体Ｘ線撮像素子３と撮像部２の外郭２１をヒートパイプ５３で接続する構成としたことにより、半導体Ｘ線撮像素子３の温度を常に外郭２１と同じ温度状態に維持することができるので、制御回路６などの発熱による撮像部２内の温度上昇の影響で半導体Ｘ線撮像素子３の温度が上昇して暗電流が増加するのを防ぐことができる。
【００４４】
なお、以上の説明では、ヒートパイプ５３を撮像部２の外郭２１に取付けた場合の構成を示したが、表面積が広く放熱効果の大きい外郭であればどこであってもよい。
【００４５】
第２の実施の形態のその他の構成及び作用は第１の実施の形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる歯科用Ｘ線撮影装置は、撮像部の半導体Ｘ線撮像素子の近傍に冷却装置を設けることにより、半導体Ｘ線撮像素子において発生するノイズ成分としての暗電流を低減することができ、歯科Ｘ線撮影画像の濃度階調分解能を高め、高画質化を実現するという効果を有し、歯科医院などにおいて診断に使用される半導体Ｘ線撮像素子を用いた歯科用Ｘ線撮影装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における歯科用Ｘ線撮影装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における歯科用Ｘ線撮影装置のブロック図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における歯科用Ｘ線撮影装置の動作説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における歯科用Ｘ線撮影装置の部分構成図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における歯科用Ｘ線撮影装置の部分構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態における歯科用Ｘ線撮影装置のブロック図。
【図７】従来の歯科用Ｘ線撮影装置の構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１  Ｘ線照射部
２  撮像部
３  半導体Ｘ線撮像素子
４  回転アーム
５  冷却装置
６，６１  制御回路
７  温度検出素子
２１  外郭
５１  電子冷却器
５２  放熱フィン
５３  ヒートパイプ
６２  冷却制御部
７１  アンプ
７２  Ａ／Ｄ変換器
７３  画像処理部
８１  暗電流算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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