JP2010263517A - Radiographic image photographing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線画像撮影装置に係り、特に、少なくとも放射線の照射の開始を検出することが可能な放射線画像撮影装置に関する。 The present invention relates to a radiographic imaging apparatus, and more particularly to a radiographic imaging apparatus capable of detecting at least the start of radiation irradiation.
照射されたX線等の放射線の線量に応じて検出素子で電荷を発生させて電気信号に変換するいわゆる直接型の放射線画像撮影装置や、照射された放射線をシンチレータ等で可視光等の他の波長の電磁波に変換した後、変換され照射された電磁波のエネルギに応じてフォトダイオード等の光電変換素子で電荷を発生させて電気信号に変換するいわゆる間接型の放射線画像撮影装置が種々開発されている。なお、本発明では、直接型の放射線画像撮影装置における検出素子や、間接型の放射線画像撮影装置における光電変換素子を、あわせて放射線検出素子という。 A so-called direct type radiographic imaging device that generates electric charges by a detection element in accordance with the dose of irradiated radiation such as X-rays and converts it into an electrical signal, or other radiation such as visible light with a scintillator or the like. Various so-called indirect radiographic imaging devices have been developed that convert charges to electromagnetic waves after being converted into electrical signals by generating electric charges with photoelectric conversion elements such as photodiodes in accordance with the energy of the converted and irradiated electromagnetic waves. Yes. In the present invention, the detection element in the direct type radiographic imaging apparatus and the photoelectric conversion element in the indirect type radiographic imaging apparatus are collectively referred to as a radiation detection element.
このタイプの放射線画像撮影装置はFPD(Flat Panel Detector)として知られており、従来は支持台(或いはブッキー装置)と一体的に形成されていたが(例えば特許文献1参照)、近年、放射線検出素子等をハウジングに収納した可搬型の放射線画像撮影装置が開発され、実用化されている(例えば特許文献2、3参照)。
This type of radiographic imaging apparatus is known as an FPD (Flat Panel Detector), and conventionally formed integrally with a support base (or a bucky apparatus) (see, for example, Patent Document 1). A portable radiographic imaging device in which an element or the like is housed in a housing has been developed and put into practical use (see, for example,
ところで、これらの放射線画像撮影装置、特に可搬型の放射線画像撮影装置では、放射線照射装置やシステムを管理するコンピュータ等の外部装置から放射線画像撮影装置に放射線の照射の開始や終了の情報を送信し、それに応じて放射線画像撮影装置で放射線の照射終了後に各放射線検出素子からの画像データの読み出しを行うように構成される場合がある。 By the way, in these radiographic imaging apparatuses, particularly portable radiographic imaging apparatuses, information on the start and end of radiation irradiation is transmitted to the radiographic imaging apparatus from an external device such as a computer that manages the radiation irradiation apparatus and system. Accordingly, the radiation image capturing apparatus may be configured to read image data from each radiation detection element after the radiation irradiation ends.
しかし、そのためには、放射線照射装置やコンピュータ等と放射線画像撮影装置とのインターフェースをとり、放射線照射装置やコンピュータ等を含むシステム全体で制御構成を構築しなければならず、放射線画像撮影装置が放射線の照射の開始や終了を認識するための構成が大掛かりになる。そのため、放射線の照射の開始や終了を放射線画像撮影装置自体で検出できるように構成することが望ましい。 However, for that purpose, an interface between the radiation irradiating apparatus and the computer and the radiation imaging apparatus must be established, and a control configuration must be constructed in the entire system including the radiation irradiating apparatus and the computer. The configuration for recognizing the start and end of irradiation is large. For this reason, it is desirable that the radiation imaging apparatus itself can detect the start and end of radiation irradiation.
その際、放射線画像撮影装置にセンサ等を配設して、センサで放射線の照射の開始や終了を検出するように構成することも可能であるが、放射線画像撮影装置内にセンサを配設するためのスペースが必要になり、装置が大型化してしまう。また、センサを設けると、センサを駆動する分だけ多くの電力を消費し、特に可搬型の放射線画像撮影装置では内蔵されたバッテリの消費を招いてしまう等の問題があった。 At that time, it is possible to arrange a sensor or the like in the radiographic imaging apparatus so that the start or end of radiation irradiation is detected by the sensor, but the sensor is arranged in the radiographic imaging apparatus. Space is required, and the apparatus becomes large. Further, when the sensor is provided, there is a problem that a large amount of electric power is consumed for driving the sensor, and in particular, a portable radiographic imaging apparatus consumes a built-in battery.
そこで、後述する図11に示すように、各放射線検出素子にバイアス電圧を印加するためのバイアス線を流れる電流を検出し、その電流値の増減で放射線の照射の開始や終了を検出することが提案されている(特許文献4参照)。このように構成すれば、既存の配線等に電流検出手段を設けることで電力消費を抑制した状態で、かつ容易に放射線の照射の開始や終了を検出することが可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 11 to be described later, it is possible to detect a current flowing through a bias line for applying a bias voltage to each radiation detection element, and to detect the start or end of radiation irradiation by increasing or decreasing the current value. It has been proposed (see Patent Document 4). If comprised in this way, it will become possible to detect the start and completion | finish of radiation irradiation easily in the state which suppressed power consumption by providing an electric current detection means in the existing wiring etc.
しかしながら、上記のような放射線画像撮影装置では、得られる放射線画像の解像度を高くするために各放射線検出素子は小さく形成されるが、個々の放射線検出素子について見た場合、後述する図4に示すように、微細なプロセスで形成されるスイッチ素子(TFT)8等に比べて、放射線検出素子7は集光率を高めるために、集光面積が広く形成される。そのため、放射線検出素子7の寄生容量は比較的大きくなる。
However, in the radiographic imaging apparatus as described above, each radiation detection element is formed to be small in order to increase the resolution of the obtained radiographic image. Thus, compared with the switch element (TFT) 8 etc. which are formed by a fine process, the
このような放射線検出素子7にバイアス電圧(逆バイアス電圧)を印加するバイアス線9に電流検出手段を設けると、電流検出手段で発生したノイズに応じて、比較的大きな寄生容量を有する放射線検出素子7に比較的大きなノイズが重畳された電荷が蓄積される。また、各放射線検出素子7から上記のように比較的大きなノイズが重畳された電荷を読み出す際にもさらにノイズが重畳されるため、ノイズの影響で、最終的に得られる放射線画像の画質、特にその粒状性が悪化してしまう場合があった。
When a current detection unit is provided on the
放射線画像の画質が低下し、特にその粒状性が悪化すると、例えば、このような放射線画像を用いて診断を行うような場合に、病変を見落としたり、正常な部分を病変と見誤ったりして誤診を生じる等の不都合を生じる虞れがある。そのため、放射線画像撮影装置には、ノイズの影響ができるだけ排除された適切な画質の放射線画像が得られることが望まれる。 When the image quality of radiographic images deteriorates, especially when the granularity deteriorates, for example, when making a diagnosis using such radiographic images, the lesion may be overlooked or the normal part may be mistaken for the lesion. There is a risk of inconvenience such as misdiagnosis. For this reason, it is desirable for the radiographic imaging apparatus to obtain a radiographic image with an appropriate image quality in which the influence of noise is eliminated as much as possible.
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、少なくとも放射線の照射開始等を検出するための電流を検出する電流検出手段により発生するノイズの影響を的確に低減し、適切な放射線画像を得ることが可能な放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and appropriately reduces the influence of noise generated by current detection means for detecting a current for detecting the start of radiation irradiation or the like. An object of the present invention is to provide a radiographic imaging apparatus capable of obtaining an image.
前記の問題を解決するために、本発明の放射線画像撮影装置は、
互いに交差するように配設された複数の走査線および複数の信号線と、前記複数の走査線および複数の信号線により区画された各領域に二次元状に配列された複数の放射線検出素子と、
前記放射線検出素子ごとに配置され、接続された前記走査線に印加される電圧に応じてオフ状態とオン状態とが切り替えられ、前記オフ状態では前記放射線検出素子内で発生した電荷を保持し、前記オン状態では前記放射線検出素子から前記電荷を放出させるスイッチ手段と、
前記放射線検出素子から放出された前記電荷を電圧に変換する増幅回路と、
前記増幅回路に電力を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から前記増幅回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した前記電流の値に基づいて少なくとも放射線の照射の開始を検出する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the radiographic imaging device of the present invention includes:
A plurality of scanning lines and a plurality of signal lines arranged so as to intersect with each other; a plurality of radiation detecting elements arranged in a two-dimensional manner in each region partitioned by the plurality of scanning lines and the plurality of signal lines; ,
An off state and an on state are switched according to a voltage applied to the connected scanning line, arranged for each radiation detection element, and in the off state, the charge generated in the radiation detection element is retained, Switch means for releasing the charge from the radiation detection element in the ON state;
An amplifier circuit for converting the electric charge emitted from the radiation detection element into a voltage;
A power supply for supplying power to the amplifier circuit;
Current detection means for detecting a current flowing from the power supply unit to the amplifier circuit;
Control means for detecting at least the start of radiation irradiation based on the value of the current detected by the current detection means;
It is characterized by providing.
本発明のような方式の放射線画像撮影装置によれば、装置に放射線が照射されると電源供給部から増幅回路に流れる電流が増加する。そのため、電流検出手段を電源供給部と増幅回路とを結ぶ配線上に設け、電流検出手段が検出する電流の増加を検出することで、すくなくとも放射線の照射の開始を的確に検出することが可能となる。 According to the radiographic imaging apparatus of the system of the present invention, the current flowing from the power supply unit to the amplifier circuit increases when the apparatus is irradiated with radiation. Therefore, it is possible to accurately detect the start of radiation irradiation at least by providing the current detection means on the wiring connecting the power supply unit and the amplifier circuit and detecting the increase in current detected by the current detection means. Become.
また、このように、電流検出手段を、従来のように放射線検出素子とバイアス電源とを結ぶバイアス線上ではなく、電源供給部と増幅回路とを結ぶ配線上に設けた。そのため、従来の放射線画像撮影装置では、電流検出手段で発生するノイズが、放射線検出素子の大きな寄生容量で増幅され、さらに、リセット時と読み出し時に重畳されて増幅回路で増幅されて増大する場合があったが、本発明のような方式の放射線画像撮影装置によれば、その放射線検出素子や増幅回路による電流検出手段からのノイズの増幅を抑制でき、さらに増幅回路の特性により減衰され圧縮されるため、増幅回路から出力される電圧値に重畳されるノイズを低減することが可能となる。 In this way, the current detection means is provided not on the bias line connecting the radiation detection element and the bias power supply as in the prior art but on the wiring connecting the power supply unit and the amplifier circuit. For this reason, in the conventional radiographic imaging apparatus, noise generated by the current detection means may be amplified by a large parasitic capacitance of the radiation detection element, further superimposed at the time of resetting and reading, and amplified by an amplifier circuit to increase. However, according to the radiographic imaging apparatus of the system as in the present invention, it is possible to suppress amplification of noise from the current detection means by the radiation detection element and the amplification circuit, and further attenuate and compress by the characteristics of the amplification circuit. Therefore, it is possible to reduce noise superimposed on the voltage value output from the amplifier circuit.
そのため、照射された放射線の線量に応じて各放射線検出素子に蓄積される電荷に対するノイズの影響が低減され、さらに、各放射線検出素子からの電荷(画像データ)の読み出し処理において電荷が増幅回路で増幅される際に、従来のように電流検出手段で発生するノイズが増幅されないため、最終的に得られる放射線画像の画質へのノイズの影響が低減され、特に放射線画像の粒状性の悪化を的確に防止することが可能となり、ノイズの影響が的確に低減された適切な放射線画像を得ることが可能となる。 For this reason, the influence of noise on the charge accumulated in each radiation detection element is reduced according to the dose of the irradiated radiation, and further, the charge is read by the amplification circuit in the reading process of the charge (image data) from each radiation detection element. When amplified, the noise generated by the current detection means is not amplified as in the conventional case, so that the influence of noise on the quality of the finally obtained radiographic image is reduced, and in particular, the granularity of the radiographic image is accurately deteriorated. Therefore, it is possible to obtain an appropriate radiation image in which the influence of noise is accurately reduced.
以下、本発明に係る放射線画像撮影装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a radiographic image capturing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、以下では、放射線画像撮影装置が、シンチレータ等を備え、照射された放射線を可視光等の他の波長の電磁波に変換し光電変換素子で電気信号を得るいわゆる間接型の放射線画像撮影装置である場合について説明するが、本発明は、直接型の放射線画像撮影装置に対しても適用することが可能である。また、放射線画像撮影装置が可搬型である場合について説明するが、支持台等と一体的に形成された放射線画像撮影装置に対しても適用される。 In the following description, the radiographic imaging apparatus is a so-called indirect radiographic imaging apparatus that includes a scintillator and the like, converts irradiated radiation into electromagnetic waves of other wavelengths such as visible light, and obtains an electrical signal with a photoelectric conversion element. Although a case will be described, the present invention can also be applied to a direct type radiographic imaging apparatus. Although the case where the radiographic image capturing apparatus is portable will be described, the present invention is also applicable to a radiographic image capturing apparatus formed integrally with a support base or the like.
図1は、本実施形態に係る放射線画像撮影装置の外観斜視図であり、図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。本実施形態に係る放射線画像撮影装置1は、図1や図2に示すように、筐体2内にシンチレータ3や基板4等が収納された可搬型(カセッテ型)の装置として構成されている。
FIG. 1 is an external perspective view of the radiographic image capturing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
筐体2は、少なくとも放射線の照射を受ける側の面R(以下、放射線入射面Rという。)が放射線を透過するカーボン板やプラスチック等の材料で形成されている。なお、図1や図2では、筐体2がフレーム板2Aとバック板2Bとで形成された、いわゆる弁当箱型である場合が示されているが、筐体2を一体的に角筒状に形成した、いわゆるモノコック型とすることも可能である。
The
また、図1に示すように、筐体2の側面部分には、電源スイッチ36や、LED等で構成されたインジケータ37、図示しないバッテリ40(後述する図7参照)の交換等のために開閉可能とされた蓋部材38等が配置されている。また、本実施形態では、蓋部材38の側面部には、外部と無線で通信するための通信手段であるアンテナ装置39が埋め込まれている。
As shown in FIG. 1, the side surface of the
また、図2に示すように、筐体2の内部には、基板4の下方側に図示しない鉛の薄板等を介して基台31が配置され、基台31には、電子部品32等が配設されたPCB基板33や緩衝部材34等が取り付けられている。なお、本実施形態では、基板4やシンチレータ3の放射線入射面Rには、それらを保護するためのガラス基板35が配設されている。
As shown in FIG. 2, a
シンチレータ3は、基板4の後述する検出部Pに貼り合わされるようになっている。シンチレータ3は、例えば、蛍光体を主成分とし、放射線の入射を受けると300〜800nmの波長の電磁波、すなわち可視光を中心とした電磁波に変換して出力するものが用いられる。
The
基板4は、本実施形態では、ガラス基板で構成されており、図3に示すように、基板4のシンチレータ3に対向する側の面4a上には、複数の走査線5と複数の信号線6とが互いに交差するように配設されている。基板4の面4a上の複数の走査線5と複数の信号線6により区画された各小領域rには、それぞれ放射線検出素子7がそれぞれ設けられている。
In the present embodiment, the
このように、走査線5と信号線6で区画された各小領域rに二次元状に配列された複数の放射線検出素子7が設けられた領域r全体、すなわち図3に一点鎖線で示される領域が検出部Pとされている。
Thus, the entire region r in which a plurality of
本実施形態では、放射線検出素子7としてフォトダイオードが用いられているが、この他にも例えばフォトトランジスタ等を用いることも可能である。各放射線検出素子7は、図3や図4の拡大図に示すように、スイッチ手段であるTFT8のソース電極8sに接続されている。また、TFT8のドレイン電極8dは信号線6に接続されている。
In the present embodiment, a photodiode is used as the
そして、TFT8は、後述する走査駆動手段15により、接続された走査線5にオン電圧が印加され、ゲート電極8gにオン電圧が印加されるとオン状態となり、放射線検出素子7内で発生し蓄積されている電荷を信号線6に放出させるようになっている。また、TFT8は、接続された走査線5にオフ電圧が印加され、ゲート電極8gにオフ電圧が印加されるとオフ状態となり、放射線検出素子7から信号線6への電荷の放出を停止し、放射線検出素子7内で発生した電荷を保持して、放射線検出素子7内に蓄積させるようになっている。
The
ここで、本実施形態における放射線検出素子7やTFT8の構造について、図5に示す断面図を用いて簡単に説明する。図5は、図4におけるX−X線に沿う断面図である。
Here, the structure of the
基板4の面4a上に、AlやCr等からなるTFT8のゲート電極8gが走査線5と一体的に積層されて形成されており、ゲート電極8g上および面4a上に積層された窒化シリコン(SiNx)等からなるゲート絶縁層81上のゲート電極8gの上方部分に、水素化アモルファスシリコン(a−Si)等からなる半導体層82を介して、放射線検出素子7の第1電極74と接続されたソース電極8sと、信号線6と一体的に形成されるドレイン電極8dとが積層されて形成されている。
A
ソース電極8sとドレイン電極8dとは、窒化シリコン(SiNx)等からなる第1パッシベーション層83によって分割されており、さらに第1パッシベーション層83は両電極8s、8dを上側から被覆している。また、半導体層82とソース電極8sやドレイン電極8dとの間には、水素化アモルファスシリコンにVI族元素をドープしてn型に形成されたオーミックコンタクト層84a、84bがそれぞれ積層されている。以上のようにしてTFT8が形成されている。
The
また、放射線検出素子7の部分では、基板4の面4a上に前記ゲート絶縁層81と一体的に形成される絶縁層71の上にAlやCr等が積層されて補助電極72が形成されており、補助電極72上に前記第1パッシベーション層83と一体的に形成される絶縁層73を挟んでAlやCr、Mo等からなる第1電極74が積層されている。第1電極74は、第1パッシベーション層83に形成されたホールHを介してTFT8のソース電極8sに接続されている。
In the
第1電極74の上には、水素化アモルファスシリコンにVI族元素をドープしてn型に形成されたn層75、水素化アモルファスシリコンで形成された変換層であるi層76、水素化アモルファスシリコンにIII族元素をドープしてp型に形成されたp層77が下方から順に積層されて形成されている。
On the
放射線画像撮影装置1の筐体2の放射線入射面Rから放射線が入射し、シンチレータ3で可視光等の電磁波に変換され、変換された電磁波が図中上方から照射されると、電磁波は放射線検出素子7のi層76に到達して、i層76内で電子正孔対が発生する。放射線検出素子7は、このようにして、シンチレータ3から照射された電磁波を電荷に変換するようになっている。
When radiation enters from the radiation incident surface R of the
また、p層77の上には、ITO等の透明電極とされた第2電極78が積層されて形成されており、照射された電磁波がi層76等に到達するように構成されている。本実施形態では、以上のようにして放射線検出素子7が形成されている。なお、p層77、i層76、n層75の積層の順番は上下逆であってもよい。また、本実施形態では、放射線検出素子7として、上記のようにp層77、i層76、n層75の順に積層されて形成されたいわゆるpin型の放射線検出素子を用いる場合が説明されているが、これに限定されない。
Further, a
放射線検出素子7の第2電極78の上面には、第2電極78を介して放射線検出素子7にバイアス電圧を印加するバイアス線9が接続されている。なお、放射線検出素子7の第2電極78やバイアス線9、TFT8側に延出された第1電極74、TFT8の第1パッシベーション層83等、すなわち放射線検出素子7とTFT8の上面部分は、その上方側から窒化シリコン(SiNx)等からなる第2パッシベーション層79で被覆されている。
A
図3や図4に示すように、本実施形態では、それぞれ列状に配置された複数の放射線検出素子7に1本のバイアス線9が接続されており、各バイアス線9はそれぞれ信号線6に平行に配設されている。また、各バイアス線9は、基板4の検出部Pの外側の位置で1本の結線10に結束されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, one
本実施形態では、図3に示すように、各走査線5や各信号線6、バイアス線9の結線10は、それぞれ基板4の端縁部付近に設けられた入出力端子(パッドともいう)11に接続されている。各入出力端子11には、図6に示すように、後述する走査駆動手段15のゲートドライバ15bとして機能するゲートIC12a等のチップが組み込まれたCOF(Chip On Film)12が異方性導電接着フィルム(Anisotropic Conductive Film)や異方性導電ペースト(Anisotropic Conductive Paste)等の異方性導電性接着材料13を介して接続されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, each
また、COF12は、基板4の裏面4b側に引き回され、裏面4b側で前述したPCB基板33に接続されるようになっている。このようにして、放射線画像撮影装置1の基板4部分が形成されている。なお、図6では、電子部品32等の図示が省略されている。
The
ここで、放射線画像撮影装置1の回路構成について説明する。図7は本実施形態に係る放射線画像撮影装置1の等価回路を表すブロック図であり、図8は検出部Pを構成する1画素分についての等価回路を表すブロック図である。
Here, the circuit configuration of the radiation
前述したように、基板4の検出部Pの各放射線検出素子7は、その第2電極78にそれぞれバイアス線9が接続されており、各バイアス線9は結線10に結束されてバイアス電源14に接続されている。バイアス電源14は、結線10および各バイアス線9を介して各放射線検出素子7の第2電極78にそれぞれバイアス電圧を印加するようになっている。
As described above, each
また、本実施形態では、放射線検出素子7のp層77側(図5参照)に第2電極78を介してバイアス線9が接続されていることからも分かるように、バイアス電源14からは、放射線検出素子7の第2電極78にバイアス線9を介してバイアス電圧として放射線検出素子7の第1電極74側にかかる電圧以下の電圧(すなわちいわゆる逆バイアス電圧)が印加されるようになっている。なお、バイアス電源14には、バッテリ40から電力が供給されている。
In the present embodiment, as can be seen from the fact that the
各放射線検出素子7の第1電極74はTFT8のソース電極8s(図7、図8中ではSと表記されている。)に接続されており、各TFT8のゲート電極8g(図7、図8中ではGと表記されている。)は、後述する走査駆動手段15のゲートドライバ15bから延びる各走査線5の各ラインL1〜Lxにそれぞれ接続されている。また、各TFT8のドレイン電極8d(図7、図8中ではDと表記されている。)は各信号線6にそれぞれ接続されている。
The
走査駆動手段15は、本実施形態では、電源回路15aとゲートドライバ15bとを備えており、本実施形態では、ゲートドライバ15bは、前述したゲートIC12aが複数並設されて形成されている。また、走査駆動手段15は、ゲートドライバ15bに接続されている各走査線5を介してTFT8のゲート電極8gに印加する電圧を制御するようになっている。
In this embodiment, the
各信号線6は、読み出しIC16内に形成された各読み出し回路17にそれぞれ接続されている。なお、読み出しIC16には所定個数の読み出し回路17が設けられており、読み出しIC16が複数設けられることにより、信号線6の本数分の読み出し回路17が設けられるようになっている。
Each
読み出し回路17は、増幅回路18と、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)回路19と、アナログマルチプレクサ21と、A/D変換器20とで構成されている。なお、図7や図8中では、相関二重サンプリング回路19はCDSと表記されている。また、図8中では、アナログマルチプレクサ21は省略されている。
The
本実施形態では、増幅回路18はチャージアンプ回路で構成されており、オペアンプ18aと、オペアンプ18aにそれぞれ並列にコンデンサ18bおよび電荷リセット用スイッチ18cが接続されて構成されている。また、増幅回路18のオペアンプ18aの入力側の反転入力端子には信号線6が接続されており、増幅回路18の入力側の非反転入力端子には基準電位V0が印加されるようになっている。なお、基準電位V0は適宜の値に設定され、本実施形態では、例えば0[V]が印加されるようになっている。
In the present embodiment, the
また、増幅回路18の電荷リセット用スイッチ18cは、後述する制御手段22に接続されており、制御手段22によりオン/オフが制御されるようになっている。電荷リセット用スイッチ18cがオフの状態で、放射線検出素子7のTFT8がオン状態とされると(すなわち、TFT8のゲート電極8gに走査線5を介してオン電圧が印加されると)、当該放射線検出素子7から放出された電荷がコンデンサ18bに流入して蓄積され、蓄積された電荷量に応じた電圧値がオペアンプ18aの出力端子から出力されるようになっている。
The charge reset
増幅回路18は、このようにして、各放射線検出素子7から出力された電荷量に応じて電圧を出力して電荷電圧変換して増幅するようになっている。また、電荷リセット用スイッチ18cがオン状態とされると、増幅回路18の入力側と出力側とが短絡されてコンデンサ18bに蓄積された電荷が放電されて増幅回路18がリセットされるようになっている。なお、増幅回路18を、放射線検出素子7から出力された電荷に応じて電流を出力するように構成することも可能である。
In this way, the
また、増幅回路18には、バッテリ40に接続された電源供給部41から増幅回路18を駆動するための電力が供給されるようになっており、また、電源供給部41と各増幅回路18とを結ぶ配線上には、電源供給部41から各増幅回路18に流れる電流を検出する電流検出手段42が設けられている。
The
本実施形態では、図8に示すように、電流検出手段42は、電源供給部41と各増幅回路18とを結ぶ配線に直列に接続される所定の抵抗値を有する抵抗器42aと、それに並列に接続されたダイオード42dと、抵抗器42aの両端子間の電圧Vを測定する差動アンプ42bとを備えて構成されており、差動アンプ42bで抵抗器42aの両端子間の電圧Vを測定することで配線を流れる電流を電圧値Vに変換して検出するようになっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the current detection means 42 includes a
なお、電流検出手段42に備えられる抵抗器42aとしては、配線中を流れる電流を適切な電圧値Vに変換可能な抵抗値を有する抵抗器が用いられる。電流検出手段42は、このようにして電流を変換して検出した電圧値Vを、差動アンプ42bから制御手段22に出力するようになっている。また、抵抗器42aに並列にダイオード42dを接続することで低線量の場合の検出精度が向上される。抵抗器42aを用いず、ダイオード42dを配線に直列に接続し、その両端子間の電圧Vを差動アンプ42bで測定するように構成することも可能である。
As the
また、後述するように、電流検出手段42が検出した電流の値に基づいて制御手段22で放射線画像撮影装置1に対する放射線の照射の開始や終了を検出するようになっているが、それ以外の場合には、電源供給部41から各増幅回路18に電流検出手段42の抵抗器42aを介さずに直接電力を供給した方が電力の供給効率が向上するため、電流検出手段42には、電流の検出が不要の場合に抵抗器42aの両端子間を短絡するためのスイッチ42cが設けられている。
As will be described later, the
増幅回路18の出力側には、相関二重サンプリング回路(CDS)19が接続されている。相関二重サンプリング回路19は、本実施形態では、サンプルホールド機能を有しており、この相関二重サンプリング回路19におけるサンプルホールド機能は、制御手段22から送信されるパルス信号によりそのオン/オフが制御されるようになっている。
A correlated double sampling circuit (CDS) 19 is connected to the output side of the
すなわち、相関二重サンプリング回路19は、増幅回路18がリセットされた後、電荷リセット用スイッチ18cがオフ状態とされ、各放射線検出素子7からの画像データの読み出し前に、制御手段22から1回目のパルス信号を受信すると、その時点で増幅回路18から出力されている電圧値を保持する。
That is, in the correlated
そして、ゲートドライバ15bを制御し各TFT8のゲート電極8gにオン電圧を印可してTFT8をオン状態とし、放射線検出素子7から放出された電荷がコンデンサ18bに流入して蓄積された時点で制御手段22から2回目のパルス信号を受信すると、その時点で再び増幅回路18から出力されている電圧値を保持して、それらの電圧値の差分値を下流側に画像データとして出力するようになっている。
Then, the gate driver 15b is controlled to apply an on-voltage to the
相関二重サンプリング回路19から出力された各放射線検出素子7の画像データは、アナログマルチプレクサ21に送信され、アナログマルチプレクサ21から順次A/D変換器20に送信される。そして、A/D変換器20で順次デジタル値の画像データに変換されて記憶手段43に出力されて順次保存されるようになっている。
The image data of each
制御手段22は、図示しないCPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力インターフェース等がバスに接続されたマイクロコンピュータやFPGA(Field Programmable Gate Array)等により構成されている。専用の制御回路で構成されていてもよい。そして、制御手段22は、放射線画像撮影装置1の各部材の動作等を制御するようになっている。また、制御手段22には、DRAM(Dynamic RAM)等で構成される記憶手段43が接続されている。
The control means 22 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input / output interface, etc., not shown, and a microcomputer or FPGA (Field Programmable Gate Array). It is configured. It may be configured by a dedicated control circuit. And the control means 22 controls operation | movement etc. of each member of the
また、本実施形態では、制御手段22には、前述したアンテナ装置39が接続されており、さらに、検出部Pやバイアス電源14、走査駆動手段15、読み出し回路17、電源供給部41、記憶手段43等の各部材に電力を供給するためのバッテリ40が接続されている。このように、バッテリ40は、放射線画像撮影装置1のハウジング2内に内蔵されており、バッテリ40には、外部装置からバッテリ40に電力を供給してバッテリ40を充電する際の接続端子44が取り付けられている。
In the present embodiment, the
前述したように、制御手段22は、バイアス電源14を制御してバイアス電源14から各放射線検出素子7に印加するバイアス電圧を設定したり、読み出し回路17の増幅回路18の電荷リセット用スイッチ18cのオン/オフを制御したり、相関二重サンプリング回路19にパルス信号を送信して、そのサンプルホールド機能のオン/オフを制御する等の各種の処理を実行するようになっている。
As described above, the control means 22 controls the
また、制御手段22は、各放射線検出素子7のリセット処理時や放射線画像撮影後の各放射線検出素子7からの画像データの読み出し時に、走査駆動手段15に対して、走査駆動手段15から各走査線5を介して各TFT8のゲート電極8gに印加する電圧をオン電圧とオフ電圧との間で切り替えさせるためのパルス信号を送信するようになっている。
Further, the control means 22 performs scanning from the scanning driving means 15 to the scanning driving means 15 at the time of reset processing of each
さらに、制御手段22は、電流検出手段42が検出した電源供給部41から各増幅回路18に流れる電流の値に基づいて、少なくとも放射線画像撮影装置1に対する放射線の照射の開始を検出するようになっている。
Furthermore, the control means 22 detects at least the start of radiation irradiation to the
以下、制御手段22における放射線の照射の開始等の検出について説明する。
Hereinafter, detection of the start of radiation irradiation in the
放射線画像撮影装置1では、放射線画像撮影が行われる前に、各放射線検出素子7内に蓄積している暗電荷や前回の放射線画像撮影の読み残しの電荷等の余分な電荷を放出させるリセット処理が行われる。本実施形態では、制御手段22は、走査駆動手段15から各走査線5にオン電圧を印加させて、各走査線5に接続された各TFT8のゲート電極8gにオン電圧を印加し、全てのTFT8をオン状態とする。すなわち、全TFT8のゲートが開いた状態となり、リセット処理を兼ねている。
In the
また、各増幅回路18の電荷リセット用スイッチ18cもオン状態とし、さらに、電流検出手段42のスイッチ42cをオフ状態に切り替え、電流が抵抗器42aを流れる状態として、放射線が照射されるまで待機する。なお、本実施形態では、上記のように、リセット処理において全てのTFT8をオン状態とする場合について説明するが、放射線画像撮影に用いられない放射線検出素子7すなわち放射線が照射されない放射線検出素子7についてはリセット処理が行われない場合もあり、そのような場合には、そのような放射線検出素子7以外の、画像を形成する全てのTFT8をオン状態とする。
In addition, the charge reset
放射線画像撮影が開始され、図示しない放射線照射装置から放射線画像撮影装置1の放射線入射面R(図1参照)に放射線の照射が開始されると、本実施形態では、照射された放射線がシンチレータ3に入射する。そして、シンチレータ3で可視光等の他の波長に変換された電磁波が直下の各放射線検出素子7に入射して、各放射線検出素子7内で電子正孔対が発生し、本実施形態では、正孔が放射線検出素子7の第2電極78側に移動しバイアス線9を通ってバイアス電源14に流出する。
When radiation image capturing is started and radiation irradiation is started from a radiation irradiation apparatus (not shown) to the radiation incident surface R (see FIG. 1) of the radiation
また、発生した電子が放射線検出素子7の第1電極74側に移動し、TFT8を介して信号線6に流出する。そして、電子は信号線6内を流れ、増幅回路18のオン状態とされた電荷リセット用スイッチ18cを流れて、オペアンプ18aの出力端子(すなわち図8等で相関二重サンプリング回路(CDS)19に接続されている端子)から入りオペアンプ18aを通過して、電流検出手段42内を流れる。
The generated electrons move to the
前述したように、電流検出手段42のスイッチ42cはオフ状態に切り替えられているため、電子は抵抗器42aを流れ、電源供給部41に流出する。すなわち、電源供給部41から電流が供給され、抵抗器42aを流れる。そして、電流が抵抗器42aを流れることで生じる抵抗器42aの両端子間の電圧Vが差動アンプ42bで検出され、その電圧値Vが制御手段22に出力される。
As described above, since the
その際、差動アンプ42bから出力される前記電流に相当する電圧値Vは、例えば図9(A)に示すように変化する。すなわち、放射線の照射開始前には、各放射線検出素子7自体の熱による熱励起等により発生して各放射線検出素子7から流出するいわゆる暗電流に相当する電圧値Vが検出されるが、時刻t1に放射線の照射が開始され、各放射線検出素子7内で電子正孔対が発生し始めると、上記のように電子が流れ、電流検出手段42の差動アンプ42bから出力される電圧値Vが急激に増加する。
At that time, the voltage value V corresponding to the current output from the
そのため、本実施形態では、制御手段22は、電流検出手段42が検出した電流に相当する電圧値Vが増加し、例えば、予め設定された閾値を越えた場合や、電圧値Vの増加率が予め設定された閾値を越えた場合等に、放射線の照射が開始されたことを検出するようになっている。
Therefore, in the present embodiment, the
しかし、このままTFT8をオン状態にしておくと、各放射線検出素子7内で発生した電荷(電子正孔対)が流出してしまい、電荷を蓄積して画像データとして読み出すことができなくなる。そのため、制御手段22は、電圧値Vが増加して放射線の照射が開始されたことを検出すると、走査駆動手段15から各走査線5にオフ電圧を印加させ、各走査線5に接続された各TFT8のゲート電極8gにオフ電圧を印加して、全てのTFT8をオフ状態として全TFT8のゲートを閉じるようになっている。
However, if the
TFT8のゲートを閉じると、TFT8を介して電荷が流出しなくなるため、図9(B)に示すように、全TFT8のゲートが閉じられた時刻t2に、電流検出手段42が検出した電流に相当する電圧値Vが急速に減少する。そして、TFT8のゲートが閉じられた状態で、各放射線検出素子7内には放射線の照射により発生した電荷が蓄積される。
When the gates of the
通常、TFT8はリーク電流が非常に低くなるように形成されるため、時刻t2に全TFT8がオフ状態とされると、図9(B)に示したように電流検出手段42からの電圧値Vが急速に減少するが、放射線検出素子7やTFT8の数が膨大な数にのぼり、それらのTFT8を介したリーク電流が集まる等して、図10(A)に示すように、減少した電流検出手段42からの電圧値Vが、その後、暗電流で生じる電圧値より高い値で維持される場合がある。
Normally, the
そして、そのような場合、放射線の照射が終了して各放射線検出素子7内での電荷の発生が停止すると、図10(B)に示すように、電流検出手段42から出力される電圧値Vがさらに減少する場合がある。そのため、そのような場合には、制御手段22は、電流検出手段42が検出した電流に相当する電圧値Vが減少した時点t3で放射線の照射が終了されたことを検出するように構成することが可能である。
In such a case, when the radiation irradiation is finished and the generation of electric charges in each
また、図9(B)に示したように電流検出手段42からの電圧値Vが減少して、放射線の照射が終了しても電圧値Vのさらなる減少が検出できないような場合には、制御手段22は、時刻t1に電流検出手段42が検出した電流に相当する電圧値Vが増加して放射線の照射の開始を検出した後、予め設定された所定時間が経過した時点で放射線の照射が終了したと判断するように構成することが可能である。 Further, as shown in FIG. 9B, when the voltage value V from the current detection means 42 decreases and no further decrease in the voltage value V can be detected even after the radiation irradiation is completed, the control is performed. The means 22 increases the voltage value V corresponding to the current detected by the current detection means 42 at the time t1 and detects the start of radiation irradiation. It can be configured to determine that it has ended.
制御手段22は、放射線の照射が終了したことを検出し、或いは放射線の照射開始後、所定時間が経過して放射線の照射が終了したと判断すると、続いて、電源供給部41から増幅回路18に流れる電流の検出は不要であるため、電流検出手段42のスイッチ42cをオン状態に切り替えて、抵抗器42aの両端子間を短絡させ、電源供給部41から増幅回路18に電力がスムーズに供給される状態とするようになっている。
When the control means 22 detects the end of radiation irradiation or determines that the irradiation of radiation has ended after a predetermined time has elapsed after the start of radiation irradiation, the control means 22 continues from the
そして、各放射線検出素子7から蓄積された電荷を読み出す読み出し処理を行うため、増幅回路18の電荷リセット用スイッチ18cをオフ状態として、増幅回路18のコンデンサ18bに放射線検出素子7から放出された電荷が蓄積され得る状態にするようになっている。
Then, the charge reset
次に、本実施形態に係る放射線画像撮影装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the radiation
前述した従来の放射線画像撮影装置のように、各放射線検出素子7に接続されたバイアス線9を流れる電流を検出して放射線の照射の開始を検出する場合には、例えば図11に示すように、バイアス線9の結線10がバイアス電源14に接続される部分に本実施形態と同様の電流検出手段42を設けることで、バイアス線9を流れる電流を検出することができる。
When detecting the start of radiation irradiation by detecting the current flowing through the
放射線検出素子7には、初期状態すなわち放射線が照射される前の状態として、前述した基準電位V0とバイアス電圧Vbiasとの差分V0−Vbiasに放射線検出素子7の寄生容量Cpを乗算したCp(V0−Vbias)の電荷Qが発生している。その際、前述したように、放射線検出素子7では、集光面積を広くとるために寄生容量Cpが比較的大きくなるため、初期状態で放射線検出素子7に発生する電荷Q=Cp(V0−Vbias)も電圧変化に対する電荷変化の感度が大きくなる。なお、寄生容量Cpには、放射線検出素子7であるフォトダイオードが有する容量のように見なすことができる特性を等価的に容量に換算したものが含まれる。
In the
また、従来の放射線画像撮影装置100では、放射線検出素子7とバイアス電源14とを結ぶバイアス線9(結線10)に設けられた電流検出手段42でノイズが発生し、図12のAに示すように、バイアス電源14自体でバイアス電圧Vbiasに発生したノイズNbiasに、電流検出手段42で発生したノイズN42が重畳される。
Further, in the conventional
そして、制御手段22が放射線の照射の開始を検出して全TFT8のゲートを閉じた際に、図12のAに示すように、これらのノイズNbias、N42が放射線検出素子7の両端の電荷Qにノイズ電荷Qnbias、Qn42として重畳されて保持される。
Then, when the control means 22 detects the start of radiation irradiation and closes the gates of all the
次に、放射線の照射が終了し、各放射線検出素子7から蓄積された電荷を読み出す読み出し処理では、上記のようにゲートを閉じた際に重畳されて保持されているノイズ電荷Qnbias、Qn42に対して、さらに、読み出し処理でTFT8のゲートを開いた際にバイアス電源14で発生したノイズNbiasと電流検出手段42で発生したノイズN42に起因するノイズ電荷が重畳されるため、図12のBに示すように、ノイズ電荷Qnbias、Qn42が増加する。
Next, in the readout process for reading out the accumulated charges from each
読み出し処理では、電源供給部41(図11参照)でオペアンプ18aに供給する電圧にノイズN41が発生し、ノイズN41はオペアンプ18aのPSRR(Power Supply Rejection Ratio)特性で1/α倍に減衰される。そのため、図12のCに示すように、増加したノイズ電荷Qnbias、Qn42に、さらに、減衰されたノイズN41とオペアンプ18aに設定された容量やオペアンプ18a内部の寄生容量との積に相当するノイズ電荷Qn41が重畳される。
In the reading process, noise N41 is generated in the voltage supplied to the
なお、この場合も、上記の寄生容量には、オペアンプ18aが有する容量のように見なすことができる特性を等価的に容量に換算したものが含まれる。また、増幅回路18のオペアンプ18aは数十倍以上の高いPSRR特性αを有しており、通常、電源供給部41からのノイズN41の影響が1/α倍に抑制される特性を有している。電源供給部41からのノイズN41は増幅回路18で1/α倍に減衰されて伝わるので、図12のCに示したように小さなノイズ電荷Qn41が重畳された状態になる。
Also in this case, the parasitic capacitance includes a characteristic that can be regarded as a capacitance of the
一方、本実施形態に係る放射線画像撮影装置1では、図8等に示したように、電流検出手段42が電源供給部41と各増幅回路18とを結ぶ配線上に設けられる。
On the other hand, in the radiographic
上記のように、増幅回路18のオペアンプ18aのPSRR特性により、電流検出手段42からのノイズN42は増幅回路18で1/α倍に減衰されて伝わり、いわば圧縮された小さなノイズ電荷Qn42が重畳される。
As described above, due to the PSRR characteristic of the
上記の従来の放射線画像撮影装置100についての説明と同様に、バイアス電源14側からノイズNの発生について見ると、本実施形態に係る放射線画像撮影装置1では、バイアス電源14で発生するノイズNbiasのみが、放射線検出素子7の比較的大きな寄生容量Cpで電荷ノイズQnbiasとして、放射線の照射の開始を検出して全TFT8のゲートを閉じた際に保持される(図13のA参照)。
Similarly to the description of the conventional
次に、放射線の照射が終了し、各放射線検出素子7から蓄積された電荷を読み出す読み出し処理では、バイアス電源14自体でバイアス電圧Vbiasに発生したノイズNbiasが、保持されているノイズQnbiasにさらに重畳されるため、図13のBに示すように、ノイズ電荷Qnbiasが増加して出力される。
Next, in the readout process in which the radiation irradiation is completed and the charge accumulated from each
そして、図13のCに示すように、電源供給部41のノイズN41と電流検出手段42のノイズN42がオペアンプ18aのPSRR特性により1/α倍されて重畳される。そのため、図12のCと図13のCとを比較して分かるように、本実施形態では、増幅回路18のオペアンプ18aから出力される電圧値に重畳されるノイズNを低減することが可能となる。
Then, as shown in FIG. 13C, the noise N41 of the
すなわち、本実施形態においても、バイアス電源14で発生するノイズNbiasの増幅は生じるが、電流検出手段42で発生するノイズN42は、従来の放射線画像撮影装置100のように放射線検出素子7の比較的大きな寄生容量Cpを介して重畳されることがなく、また、増幅回路18のPSRR特性によって減衰されたノイズN42とノイズN41が重畳される。
That is, in this embodiment, the noise Nbias generated by the
このように、本実施形態に係る放射線画像撮影装置1では、電流検出手段42で発生するノイズN42が、従来の放射線画像撮影装置100のように放射線検出素子7の大きな寄生容量Cpで増幅され拡大されて重畳されるのではなく、逆に、増幅回路18のPSRR特性により減衰され圧縮された状態で重畳されるため、最終的に、オペアンプ18aから相関二重サンプリング回路19に出力される電圧値に重畳されるノイズNを低減することが可能となる。
As described above, in the
以上のように、本実施形態に係る放射線画像撮影装置1によれば、装置に放射線が照射されると電源供給部41から増幅回路18に流れる電流が増加する。そのため、電流検出手段42を電源供給部41と増幅回路18とを結ぶ配線上に設け、電流検出手段42が検出する電流の増加を検出することで、すくなくとも放射線の照射の開始を的確に検出することが可能となる。
As described above, according to the
また、本実施形態に係る放射線画像撮影装置1では、このように、電流検出手段42を、従来のように放射線検出素子7とバイアス電源14とを結ぶバイアス線9ではなく、電源供給部41と増幅回路18とを結ぶ配線上に設けた。
Further, in the radiographic
そのため、従来の放射線画像撮影装置100では、電流検出手段42で発生するノイズN42が、放射線検出素子7の大きな寄生容量Cpで増幅され、さらに、リセット時と読み出し時にノイズN42が重畳されて増大する場合があったが、本実施形態では、その放射線検出素子7や増幅回路18による電流検出手段42からのノイズN42の増幅を抑制でき、さらに増幅回路18のオペアンプ18aのPSRR特性によりノイズN42が減衰され圧縮されるため、増幅回路18から出力される電圧値に重畳されるノイズNを低減することが可能となる。
Therefore, in the conventional
そのため、照射された放射線の線量に応じて各放射線検出素子7に蓄積される電荷Qに対するノイズNの影響が低減され、さらに、電流検出手段42で発生するノイズN42がオペアンプ18aにより低減されるため、最終的に得られる放射線画像の画質へのノイズNの影響が低減され、特に放射線画像の粒状性の悪化を的確に防止することが可能となり、適切な放射線画像を得ることが可能となる。
For this reason, the influence of the noise N on the charge Q accumulated in each
そして、放射線画像の粒状性等を向上させることが可能となるため、ノイズの影響が的確に低減された適切な画質の放射線画像を得ることが可能となるため、例えば、このような放射線画像を用いて診断を行うような場合に、病変を見落としたり正常な部分を病変と見誤ったりして誤診を生じる等の不都合を生じる可能性を格段に低下させることが可能となる。 And since it becomes possible to improve the granularity etc. of a radiographic image, it becomes possible to obtain the radiographic image of the suitable image quality in which the influence of noise was reduced exactly, for example, such a radiographic image is obtained. In the case of making a diagnosis using this method, it is possible to significantly reduce the possibility of inconveniences such as overlooking a lesion or mistaking a normal part as a lesion and causing a misdiagnosis.
なお、電流検出手段42は、電源供給部41から増幅回路18に流れる電流或いはそれに相当する電圧値を的確に検出することができるものであれば、例えば図8に示した抵抗器42aや差動アンプ42b、スイッチ42c等を備える本実施形態の構成に限定されず、適宜の構成とすることが可能である。
The current detecting
1 放射線画像撮影装置
5 走査線
6 信号線
7 放射線検出素子
8 TFT(スイッチ手段)
18 増幅回路
22 制御手段
41 電源供給部
42 電流検出手段
42a 抵抗器
42c スイッチ
Q 電荷
r 領域
V 電圧値(電流に相当する電圧値)
DESCRIPTION OF
18
Claims (6)
前記放射線検出素子ごとに配置され、接続された前記走査線に印加される電圧に応じてオフ状態とオン状態とが切り替えられ、前記オフ状態では前記放射線検出素子内で発生した電荷を保持し、前記オン状態では前記放射線検出素子から前記電荷を放出させるスイッチ手段と、
前記放射線検出素子から放出された前記電荷を電圧に変換する増幅回路と、
前記増幅回路に電力を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から前記増幅回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段が検出した前記電流の値に基づいて少なくとも放射線の照射の開始を検出する制御手段と、
を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。 A plurality of scanning lines and a plurality of signal lines arranged so as to intersect with each other; a plurality of radiation detecting elements arranged in a two-dimensional manner in each region partitioned by the plurality of scanning lines and the plurality of signal lines; ,
An off state and an on state are switched according to a voltage applied to the connected scanning line, arranged for each radiation detection element, and in the off state, the charge generated in the radiation detection element is retained, Switch means for releasing the charge from the radiation detection element in the ON state;
An amplifier circuit for converting the electric charge emitted from the radiation detection element into a voltage;
A power supply for supplying power to the amplifier circuit;
Current detection means for detecting a current flowing from the power supply unit to the amplifier circuit;
Control means for detecting at least the start of radiation irradiation based on the value of the current detected by the current detection means;
A radiographic imaging apparatus comprising:
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