JP4975227B2 - 放射線検出器および放射線撮影装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常フラットパネル型放射線検出器と呼ばれている放射線検出器と、この放射線検出器を採用した医療用あるいは工業用の放射線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体の放射線透視画像を得るための放射線検出器として、従来からイメージインテンシファイア（Image Intensifier：Ｉ．Ｉ．）と撮像管あるいは固体撮像素子（例えば、Charge Coupled Device：ＣＣＤ）とを組合せたものが用いられている。これは、被検体を透過したＸ線情報を光学情報に変換し、この光学情報をテレビカメラに取り込んで、テレビモニタに画像として表示したり、フィルムに焼き込んだりするものである。
このような、Ｉ．Ｉ．と撮像管あるいはＣＣＤとを組合せた放射線検出器に対し、より繊細な欠陥や病変を検出したいという強いニーズに応える新しい放射線検出器として、近時、半導体技術を駆使したフラットパネル型放射線検出器（Flat Panel Detector：ＦＰＤ）が開発されてきている。このＦＰＤは、例えばガラス基板上に形成されるスイッチング素子や容量を、放射線を電荷などに変換する光導電膜などで覆うように形成した半導体アレイであり、高解像度、軽量・コンパクトで、画像歪みも少ないという特徴を備えている。
【０００３】
そこで、このＦＰＤの概要について、図１０ないし図１５を参照して説明する。なお、ＦＰＤには、放射線を直接電気信号に変換する直接変換型と、放射線を一旦光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換型とがあるが、本発明は直接変換型のＦＰＤに関するものなので、直接変換型のＦＰＤについて説明するものとする。
図１０は、ＦＰＤの一例の概略構成を示したブロック図である。ＦＰＤは、放射線を電荷に変換し、変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し部（以下、ＦＰＤ本体という。）１０と、このＦＰＤ本体１０に高電圧を印加するバイアス電源９と、このバイアス電源９からＦＰＤ本体１０へ印加する電圧を制御する高電圧制御部８と、この高電圧制御部８やＦＰＤ本体１０の動作を制御するモジュールコントローラ７とを有している。
ＦＰＤ本体１０の一例の概略構成を図１１に示してあるので、次に、これについて説明する。
ＦＰＤ本体１０は、表面が放射線を電荷に変換する変換膜で覆われた多数の画素１から成り、画素１がマトリックス状に配列されて１画面を形成している。各画素１には後述するように、入射した放射線に基づき変換された電荷を蓄積する容量と、この容量に蓄積された電荷を信号として取り出すためのスイッチング素子とが含まれている。そして、そのスイッチング素子を介して各画素１の電極がゲート線ＧＬｊ（ｊ＝１〜ｍ；ｍは２以上の整数）と信号線ＳＬｉ（ｉ＝１〜ｎ；ｎは２以上の整数）に接続されている。また、各ゲート線ＧＬｊは、ゲート線駆動回路２に接続されているとともに、信号線ＳＬｉは、信号読み出し回路３に接続されている。これらゲート線駆動回路２および信号読み出し回路３は、タイミング制御回路４によって制御される。
【０００４】
ゲート線ＧＬｊは、テレビジョンの走査線に相当し、ゲート線駆動回路２が、あるゲート線ＧＬｊに駆動信号を供給すると、駆動信号の供給された当該ゲート線ＧＬｊに接続されている全ての画素１は、オン状態になるのに十分な励起状態に置かれることになる。なお、ゲート線駆動回路２は、ゲート線ＧＬ１、ＧＬ２、…ＧＬｍを順次走査するように、１画面分の全てのゲート線ＧＬｊに、所定のタイミングで順次駆動信号を供給するようにしてもよいし、あるいは、飛び越し走査として、奇数番目のゲート線ＧＬ１、ＧＬ３、…ＧＬｍ−１に駆動信号を順次供給した後、偶数番目のゲート線ＧＬ２、ＧＬ４、…ＧＬｍに駆動信号を順次供給するようにしてもよい。
また、信号読み出し回路３は、各信号線ＳＬｉに対応して設けられ、例えば図１２に示すように、電圧変換と入力信号の増幅を行うプリアンプＰＡ１〜ＰＡｎと、各プリアンプＰＡ１〜ＰＡｎからの出力を逐次スイッチングするマルチプレクサ５と、マルチプレクサ５からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６とで構成されている。なお、各信号線ＳＬｉから得られる信号は、画像信号である。
【０００５】
さて、ＦＰＤを構成する画素１の断面構造の一例を、図１３に模式的に示し、その等価回路を図１４に示してあるので、次に、これらの図を参照して画素１について説明する。
画素１は、ガラス基板１１の上に形成されるスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）１２や蓄積容量１３等を含んで構成されている。ＴＦＴ１２は、ゲート電極１４と、ゲート電極１４を覆うように形成されたゲート絶縁膜１５と、ゲート絶縁膜１５上に形成されたソース電極１６およびドレイン電極１７とから成っている。そして、ゲート電極１４はゲート線ＧＬｊに接続され、ソース電極１６は信号線ＳＬｉに接続され、さらにドレイン電極１７は、画素電極１８に接続されている。
蓄積容量１３は、画素電極１８と後述するバイアス電源９の負端子と接続された下部共通電極２０とが、絶縁膜２１を介して対向して形成される構造となっている。また、ソース電極１６、ドレイン電極１７および画素電極１８を覆うように、電荷阻止層２２が形成されている。さらに、ＴＦＴ１２および蓄積容量１３を覆うように、放射線を電荷に変換する変換膜２３、誘電体層２４、およびバイアス電源９の正端子に接続される上部共通電極２５が順に形成されて画素容量Ｃｐが構成される。なお、変換膜２３用の材料としては、放射線を吸収して電荷に変換する効率の高い半導体材料、例えば、真空蒸着法によって数１００〜１０００μｍ程度の厚さに形成されるアモルファスセレニウム（ａ−Ｓｅ）膜が用いられる。この半導体材料で形成された膜は、光導電膜とも称される。
【０００６】
次に、上記のように構成されているＦＰＤ本体１０の動作について説明する。
放射線が変換膜２３に入射すると、この放射線が変換膜２３中で吸収され、放射線量に応じた電荷に変換される。変換膜２３と蓄積容量１３とは、構造上電気的に直列に接続された容量を形成するので、バイアス電源９によって上部共通電極２５と下部共通電極２０との間に、バイアス電圧を印加することにより、発生した電荷（電子、正孔）は、それぞれ極性の異なる電極に移動し、これによって蓄積容量１３には所定の電荷が蓄積される。よって、画素１毎に、被検体を透過した放射線を電荷に変換して蓄積するので、これを画像信号として取り出すことによって、放射線画像を形成することができる。
なお、バイアス電源９は、変換膜２３へ高電圧を印加するために設けられているものであるが、変換膜２３には、その厚みに応じた電圧を印加する必要があり、例えば変換膜２３がアモルファスセレニウム膜の場合は、１μｍ当たり約１０Ｖである。よって、変換膜２３の厚みを１ｍｍとすると、約１０ＫＶのバイアス電圧を印加することが必要となる。ただし、変換膜２３へ急激に高電圧の印加を繰り返すと、変換膜２３の寿命を短くするというリスクがあるので、時間をかけて徐々に電圧を上げていって、所定の電圧となるようにしている。このように、時間をかけて、徐々にバイアス電圧を印加するようにするために、高電圧制御部８が備えられている。
【０００７】
次に、ＦＰＤから画像信号を取り出す方法について説明する。
蓄積容量１３に蓄積された電荷は、ＴＦＴ１２をオン状態にするのに十分な電圧をゲート線ＧＬｊに与えることにより、信号線ＳＬｉを介して外部に取り出すことができる。従って、図１１に示すように、ゲート線駆動回路２を用いて、ゲート線ＧＬｊに順次あるいは１本おきに駆動電圧を供給することにより、全画素１にわたって信号を読み出すことができる。そして、各画素１から取り出された信号は、信号線ＳＬｉの各列に接続された信号読み出し回路３によって、それぞれ電圧変換、増幅、Ａ／Ｄ変換等がなされ、デジタル画像信号として放射線像の情報が検出されることになる。
このように、直接変換型のフラットパネル型放射線検出器（ＦＰＤ）は、放射線を電荷量に変換して蓄積する画素１を、二次元状に多数配列して形成したＦＰＤ本体１０を有し、Ｉ．Ｉ．とテレビカメラを組合せたものに比べて種々の特徴を備えている。例えば、解像度が高く歪みの少ない画像が得られ、さらに、放射線像の情報がデジタル画像信号として得られるので、画像処理が容易である。また、大幅な薄型化、軽量化が図られるので、放射線撮影装置への取付け構造が簡単となり、放射線撮影装置の操作範囲が広がったり、小型軽量化を実現したり、医療用の撮影装置に用いる場合には、患者への圧迫感を軽減することもできる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＰＤの心臓部とも言うべき、ＦＰＤ本体１０の放射線を電荷に変換するアモルファスセレニウム膜で形成されている変換膜２３へ、急激に高電圧の印加を繰り返すと、前述のように、変換膜２３の寿命を短くするなどの悪影響を及ぼすリスクがある。このようなリスクを軽減するために、高電圧制御部８の制御により、バイアス電源９の電圧を或る設定値を時間に比例させて、徐々に上げて、所定のバイアス電圧（定格電圧）となるようにしている。ここで、厚みが１ｍｍの変換膜２３に印加するバイアス電圧の定格値を１０ＫＶとすると、例えば、１秒当たり３０Ｖづつ電圧を増加させるものとすると、定格の１０ＫＶに達するには、５分程度の時間がかかることになる。
この様子を図１５に特性図として示してある。なお、図１５の横軸は時間であり、縦軸は印加するバイアス電圧値である。すなわち、時刻０で電源を投入した場合、バイアス電源９によってＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されるバイアス電圧は、高電圧制御部８の制御のもとで、所定の電圧上昇率に従って徐々に上昇し、時刻ｔ１に定格電圧（V-Final）に達する。ここで、ＦＰＤは使用可能状態となる。このＦＰＤが例えばＸ線撮影装置に搭載されている場合、０〜ｔ１までの時間（例えば約５分）は、準備状態であり、Ｘ線撮影を実施することができず、時刻ｔ１以降、Ｘ線撮影が可能な状態（ＦＰＤの使用が可能）となる。このように、ＦＰＤが使用可能状態となるまでに、ある待ち時間が必要となることは、ＦＰＤを搭載しているＸ線撮影装置などでは、不都合をきたすことがあった。
【０００９】
例えば、Ｘ線撮影装置でのＸ線透視下で、カテーテル検査を実施していたような場合に、何らかの理由で、ＦＰＤをリセットしたり、一旦電源を落として再投入しなければならないような事態になったとする。すなわち、図１５に示すように、時刻ｔ１以降使用していたＦＰＤについて、その電源を何らかの事情によって、時刻ｔ２にオフとし、時刻ｔ３に電源を再度オンしたものとすると、次にＦＰＤが使用可能となる時刻ｔ８まで待たなければ、透視画像を得ることはできない。なお、ｔ３〜ｔ８までの時間は、０〜ｔ１までの時間と同じである。よって、この間、カテーテルの操作を中断せざるをえないという問題があった。このような検査の中断は極力避けなければならず、止む無く電源をオフにした場合には、短時間でＦＰＤを使用可能な状態（すなわち、稼動状態）にする必要があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、放射線を電荷に変換する変換部材を有し、この変換部材によって変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し手段と、この放射線検出・読み出し手段の前記変換部材に高電圧を印加する高電圧発生手段と、この高電圧発生手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、所定の電圧上昇率に基づき、徐々に定格値に達するように制御する高電圧制御手段と、前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときに、前記変換部材に印加されている高電圧を時定数に従って徐々に低下するように保持する電圧保持手段とを備え、前記電源供給が再開されたときに、前記高電圧制御手段は前記電圧保持手段によって急激な低下が抑制された電圧値またはその近傍の値から電圧上昇を開始させるように前記高電圧発生手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、上述の課題を解決するため、被検体へ放射線を照射する放射線照射手段と、この放射線照射手段によって照射され、前記被検体を透過した放射線を電荷に変換する変換部材を有し、この変換部材によって変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し手段と、この放射線検出・読み出し手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、所定の電圧上昇率に基づき、徐々に定格値に達するように制御する高電圧制御手段と、前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときに、前記変換部材に印加されている高電圧を時定数に従って徐々に低下するように保持する電圧保持手段とを備え、前記電源供給が再開されたときに、前記高電圧制御手段は前記電圧保持手段によって急激な低下が抑制された電圧値またはその近傍の値から電圧上昇を開始させるように前記高電圧発生手段を制御することを特徴とする放射線検出器と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放射線検出器と、この放射線検出器を採用した放射線撮影装置の種々の実施の形態について、図１ないし図９を参照して詳細に説明する。なお、これらの図において、同一部分には同一符号を付してあるとともに、図１０ないし図１４との同一部分にも同一符号を付して示してある。
先ず、図１に示した系統図によって、本発明に係る放射線検出器を、医療用のＸ線撮影装置に適用した場合のＸ線撮影装置の概略構成について説明する。
このＸ線撮影装置は、被検体Ｐを間にして対向配置されたＸ線発生器１００およびフラットパネル型放射線検出器（ＦＰＤ）２００と、これらＸ線発生器１００やＦＰＤ２００をはじめとして、Ｘ線撮影装置全体を制御する中枢的な機能を果たすコンピュータやメモリ等を有する制御装置３００と、制御装置３００に対して操作者が適宜設定操作などを行う操作卓４００と、ＦＰＤ２００から得られるデジタル画像信号に対して階調処理などを施こす画像処理装置５００と、画像処理装置５００からの出力信号を表示する表示装置６００とを備えている。なお、ＦＰＤ２００における放射線検出・読み出し部としてのＦＰＤ本体１０は、例えば図１１ないし図１４に示したものと同様である。
【００１５】
このように構成されたＸ線撮影装置の一般的な動作は次のとおりである。
制御装置３００の制御に基づき、ＦＰＤ２００に所定の高電圧（バイアス電圧）が印加された後、Ｘ線発生器１００から照射されたＸ線は、被検体Ｐを透過してＦＰＤ２００に入射し、ＦＰＤ２００では、入射したＸ線量に応じた電荷量分布に変換される。そして、ＦＰＤ２００上に形成された二次元的な電荷量分布は、これも制御装置３００の制御下で、図１１で説明したゲート線駆動回路２の動作に従い、ゲート線ＧＬｊ毎に信号線ＳＬｉおよび信号読み出し回路３を介して、デジタル画像信号として順次読み出されて、画像処理装置５００へ供給され、ここで階調処理などが施こされた後、表示装置６００へ送られ、Ｘ線透視画像として表示される。
【００１６】
次に、制御装置３００の有する機能について説明する。
制御装置３００は、Ｘ線発生器１００に対して、Ｘ線を照射させたり、照射を停止させるオン／オフ制御するのはもとより、Ｘ線の照射条件として、例えば印加電圧や電流、Ｘ線照射時間、透視／撮影の切替えなどを制御する。また、ＦＰＤ２００に対しては、ＦＰＤ本体１０へ高電圧を印加するバイアス電源９のオン／オフや電圧上昇率を、モジュールコントローラ７を介して後述する高電圧制御部８０により制御させたり、タイミング制御回路４によるＦＰＤ本体１０からの画像信号の読み出しを制御するなど、Ｘ線撮影装置全体を制御する中枢的な機能を果たしており、そのためのコンピュータやメモリ等を有している。このメモリには、制御プログラムや演算プログラムなど、コンピュータを動作するのに必要となるプログラムや、各種の動作条件などを予め記憶させてあるとともに、制御や演算に伴ない得られる情報が記憶される。
また、制御装置３００には操作卓４００が接続されており、この操作卓４００を操作者が操作して、制御装置３００に対して動作条件などを適宜設定したり、ＦＰＤ２００のモジュールコントローラ７を介して高電圧制御部８０へ、バイアス電源９の電圧上昇率を適宜設定したりするために、操作卓４００には、キーボード、タッチパネル、各種ポインティングデバイス、表示器などが設けられている。
【００１７】
次に、本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態について、図２ないし図４を参照して説明する。なお、図２は、本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態を示した系統図であり、図３は、バイアス電源９とこれを制御する高電圧制御部８０の系統図であり、図４は、第１の実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
前述のように、本発明は、稼動状態にあるＦＰＤ２００について、何らかの理由によって電源供給が断たれ、そのために、ＦＰＤ本体１０に対してバイアス電圧を供給しているバイアス電源９への電源供給が遮断された場合でも、バイアス電圧の急激な低下を抑制するように、ある程度の時間、バイアス電源９の出力電圧をある程度保持できるようにすることを一つの狙いとしている。よって、この実施の形態では、バイアス電源９の出力側（二次側）に電圧保持部２０１を設け、さらに、電源供給が再開されたときには、バイアス電源９の出力側（二次側）の電圧に応じて、バイアス電源９の電圧上昇を開始させることによって、バイアス電圧が定格値に達するまでの時間を短縮しようとするものである。
【００１８】
すなわち、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３へ高電圧を印加するバイアス電源９の出力側に、電圧保持部２０１を設けるとともに、この電圧保持部２０１の電圧を検出する電圧検出器２０２を設け、電圧検出器２０２で検出した電圧値を高電圧制御部８０へフィードバックすることによつて、この高電圧制御部８０がバイアス電源９から所望のバイアス電圧を出力するように制御する。なお、電圧保持部２０１は、コンデンサなどの充電回路によって容易に構成される。
バイアス電源９と高電圧制御部８０とは、例えば図３に示すように構成されている。バイアス電源９は、所謂スイッチング電源として構成されており、例えばＤＣ１２Ｖの入力電圧をインバータ回路部９１でスイッチングし、その出力をトランス９２を介して二次側昇圧整流平滑回路９３に供給する。二次側昇圧整流平滑回路９３は、例えば、周知のコッククロフト回路などで構成されており、入力を所望の直流高電圧に昇圧する。なお、二次側昇圧整流平滑回路９３の出力電圧は、抵抗器などで構成される分圧器９４によって、出力電圧に比例した低電圧に分圧され、インバータ駆動制御部９５へ供給される。
【００１９】
そして、インバータ駆動制御部９５では、二次側昇圧整流平滑回路９３の分圧された出力と、高電圧制御部８０からの設定値とを比較しながら、インバータ回路部９１を制御して、二次側昇圧整流平滑回路９３の出力を所望のバイアス電圧となるようにする。よって、所定のバイアス電圧がＦＰＤ本体１０の変換膜２３へ印加されることになる。
なお、高電圧制御部８０は、所定の電圧上昇率に従ってバイアス電圧が徐々に上昇するように、バイアス電源９へ設定値を出力してバイアス電源９を制御する。そのため、マイクロコントローラ８１において、モジュールコントローラ７から供給される電圧上昇率の設定値と、電圧検出器２０２によって検出された電圧保持部２０１の出力電圧がＡ／Ｄコンバータ８２で変換されたフィードバック値とをもとにして、このときのバイアス電源９への設定値を定め、これをＤ／Ａコンバータ８３を介してバイアス電源９のインバータ駆動制御部９５へ供給している。
【００２０】
図４は、図２に示した実施の形態において、バイアス電圧の印加状況を示した特性図であり、図１５と同様に横軸は時間であり、縦軸は印加するバイアス電圧値である。すなわち、時刻０で電源を投入した場合、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されるバイアス電圧は、所定の電圧上昇率（例えば、３０Ｖ／ｓｅｃ）に従って徐々に上昇し、時刻ｔ１に定格電圧（V-Final）に達し、ＦＰＤ本体１０は使用可能状態となる。このような状態にあるときに、時刻ｔ２にＦＰＤ２００への電源供給が断たれたものとすると、高電圧制御部８０やバイアス電源９への電源供給も遮断される。そのため、バイアス電源９の出力すなわち、変換膜２３に印加されるバイアス電圧は、従来であれば、ほぼ瞬時にゼロとなるところ、本発明では、電圧保持部２０１の作用によって、バイアス電圧は電圧保持部２０１の有する時定数に従って徐々に低下する。
その後、時刻ｔ３にて、ＦＰＤ２００への電源供給が再開されたとすると、このとき高電圧制御部８０は、電圧検出器２０２で検出された電圧保持部２０１の出力電圧値Ｖ１か、またはその近傍の値から、電圧上昇を開始させるように、バイアス電源９を制御する。このときの電圧上昇率は、時刻０で電源を投入した場合と同じであり、時刻ｔ５に定格電圧（V-Final）に達する。従って、従来は、図４に破線で示すように、時刻ｔ８でなければ定格電圧（V-Final）に達しなかったものが、それよりもずっと早い時刻ｔ５に定格電圧に達し、ＦＰＤ２００を使用可能な状態にすることができる。
【００２１】
なお、上記の実施の形態では、バイアス電源９の出力側（二次側）に電圧保持部２０１を設けたが、図５に示すように、バイアス電源９の入力側（一次側）に電圧保持部２０１を設けるようにしても、同様に、バイアス電圧の急激な低下を抑制する効果を得ることができる。
すなわち、図５に示す実施の形態では、バイアス電源９の入力側（一次側）に電圧保持部２０１を設ける。この場合の電圧保持部２０１は、例えば、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３に、バイアス電圧を一時的に印加することを可能とするバイアス電源９への供給電源として機能するものであり、充電可能なバッテリのような二次電池でよい。そして、この実施の形態における電圧保持部２０１は、高電圧制御部８０へも電源遮断時の制御用電源として供給される。また、電圧検出器２０２はバイアス電源９の出力電圧を検出するように設け、電圧検出器２０２で検出したバイアス電源９の出力電圧を高電圧制御部８０へフィードバックしている。
この実施の形態における、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３へのバイアス電圧の印加状況は、図４と同様となる。すなわち、時刻ｔ２にＦＰＤ２００への電源供給が断たれたものとすると、高電圧制御部８０やバイアス電源９への電源供給も遮断される。ただしこのとき、高電圧制御部８０とバイアス電源９には、電圧保持部２０１から電力が供給されており、従って、バイアス電源９の出力電圧は急激に低下することなく、電圧保持部２０１が有する電力に支えられながら徐々に低下する。
【００２２】
その後、時刻ｔ３にて、ＦＰＤ２００への電源供給が再開されると、このとき高電圧制御部８０は、電圧検出器２０２で検出されたバイアス電源９の出力電圧値Ｖ１か、またはその近傍の値から、電圧上昇を開始させるように、バイアス電源９を制御することになり、時刻ｔ５にバイアス電源９の出力を、定格電圧（V-Final）にすることが可能となる。よって、図４に破線で示した、通常の場合の時刻ｔ８よりも早い時刻ｔ５に、ＦＰＤ２００を使用可能な状態にすることができる。
なお、バイアス電源９からＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されるバイアス電圧の電圧上昇率は、適宜変更することが可能である。例えば、操作者が操作卓４００に設けられているキーボードなどを操作することによって、制御装置３００およびモジュールコントローラ７を介して、高電圧制御部８０へ電圧上昇率の変更を指示したり、変更した電圧上昇率をそのまま設定値とすることもできる。さらに、状況に応じて電圧上昇率を変更できるように、高電圧制御部８０に電圧上昇率の変更機能をもたせることも可能である。
【００２３】
図６は、電源供給が断たれたときに、その時間を計数して、電源供給の断たれていた時間が短ければ、電圧上昇率を通常より高めることにより、短い時間でＦＰＤ２００を使用可能状態にしようとする実施の形態を示したものである。
すなわち、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されているバイアス電圧が、短時間だけ遮断されたような場合に、再度バイアス電圧を印加する際、変換膜２３に及ぼすリスクが軽微な範囲内において、通常の電圧上昇率よりも高い上昇率でバイアス電圧を印加し、可能な限り早くＦＰＤ２００または放射線撮影装置を使用可能な状態に復帰させることも必要である。
そのため、電源供給が断たれても機能するリアルタイムクロック２０３と不揮発性メモリ２０４を、ＦＰＤ２００に設けている。そして、リアルタイムクロック２０３の内容を、モジュールコントローラ７を介して、ある時間間隔で不揮発性メモリ２０４に記録しておく。ここで、電源供給が断たれると、モジュールコントローラ７は、不揮発性メモリ２０４に記録されている電源が遮断した直前の時刻と、その後電源が投入されたときの時刻とから、電源が遮断されていた時間を見極め、それがある時間以内であれば、高電圧制御部８０へ電圧上昇率の上昇を指示し、高電圧制御部８０は通常よりも高い電圧上昇率で、バイアス電源９からＦＰＤ本体１０の変換膜２３へバイアス電圧を印加し、短時間に定格電圧に到達させる。なお、この実施の形態において高電圧制御部８０は、図３に示した構成からＡ／Ｄコンバータ８２を省略したものであってもよい。
【００２４】
この実施の形態におけるバイアス電圧の印加の様子を図７に、図１５と同様の特性図として示してある。すなわち、稼動状態にあったＦＰＤ２００への電源供給が時刻ｔ２で遮断され、バイアス電圧が印加されなくなったところまでは図１５と同様である。そして、時刻ｔ３で電源が再投入されると、バイアス電圧が上昇し始めることになるが、このとき、電源の遮断されていた時間（ｔ３−ｔ２）がある時間以内であれば、バイアス電源９から変換膜２３へ、高い電圧上昇率でのバイアス電圧の印加を開始する。よって、時刻ｔ６に定格電圧（V-Final）に達する。この時刻ｔ６は、破線で示す通常の場合の電圧上昇率によって定格電圧に達する時刻ｔ８よりも十分短い時間とすることができる。
なお、本実施の形態では、リアルタイムクロック２０３や不揮発性メモリ２０４を、ＦＰＤ２００に設けるものとして説明したが、これらに相当するものを制御装置３００に設けて、同様に機能させてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
続いて、図８に示す実施の形態について説明する。
図８は、ＦＰＤ２００への電源供給系統を、高電圧制御部８０とバイアス電源９とのバイアス電源系と、モジュールコントローラ７とＦＰＤ本体１０との、ＦＰＤ本体１０から検出信号を読み出す信号読み出し系とに、放射線撮影装置側において分離して、供給するようにした実施の形態を示したものである。
すなわち、従来は、これら各系統とも放射線撮影装置側からの電源供給は同じ一つの系統で供給されており、例えばモジュールコントローラ７において、システムロックなどの障害が発生した場合に、モジュールコントローラ７の電源を一旦オフにしてシステムをクリアーし、再度電源をオンにしてシステムを立上げようとすると、必然的に高電圧制御部８０やバイアス電源９への電源供給も遮断されてしまい、再度電源をオンにした場合に、バイアス電源９の出力が定格値に達するまでの間は、放射線撮影装置での撮影動作をストップさせなければならなかった。
そこで本実施の形態では、ＦＰＤ２００への電源供給系統を、高電圧制御部８０とバイアス電源９とのバイアス電源系の電源供給ラインＡと、モジュールコントローラ７とＦＰＤ本体１０とのＦＰＤ本体１０から検出信号を読み出す信号読み出し系の電源供給ラインＢとに、分離したものである。よって、モジュールコントローラ７のシステムロックなどを解除するためには、電源供給ラインＢを遮断すればよく、このとき電源供給ラインＡは活きているので、バイアス電源９からＦＰＤ本体１０へのバイアス電圧を供給し続けられる。従って、電源供給ラインＢの遮断を解除して、モジュールコントローラ７の電源を再度オンにすることによって、システムを再立上げすると、放射線撮影装置での撮影動作を即座に再開させることができる。
【００２６】
なお本発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、さらに種々の形態で実施できることは言うまでもない。
例えば、制御装置３００あるいは操作卓４００から、ＦＰＤ２００のモジュールコントローラ７に対してリセット信号が発せられたような場合に、モジュールコントローラ７をリセットするものの、高電圧制御部８０はリセットせず、よってバイアス電源９をリセットしないようにしてもよい。この場合は、モジュールコントローラ７はリセットされても、バイアス電圧は、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３へ印加し続けられるので、モジュールコントローラ７を復旧させた場合、即座にＦＰＤ本体１０からの検出信号の読み出しが可能となる。
また、図９に図７と同様の特性図を示したように、時刻ｔ３にて電源供給を再開したときに、再開初期には、通常の電圧上昇率でバイアス電圧を印加するように、高電圧制御部８０からバイアス電源９を制御していたものを、途中の時刻ｔ４において、操作卓４００から制御装置３００およびモジュールコントローラ７を介して、高電圧制御部８０へ電圧上昇率を高めるように指示してもよい。このようにすれば、通常の場合よりも早い時刻ｔ７に、バイアス電圧を定格値とすることができ、例えばＸ線透視下でカテーテル検査をしていたときのように、緊急事態に対しては、ＦＰＤ２００側のリスクを犠牲にしても、早く画像収集を可能にすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、発明の実施の形態によれば、高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときでも、その出力電圧を或る程度の値に保持することができるので、電源供給を再開したときに、短時間で変換部へ定格のバイアス電圧を印加することが可能となり、すみやかに稼動状態に復旧させることのできる放射線検出器を提供することができる。
また、高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときでも、その出力電圧を或る程度の値に保持することができるので、電源供給を再開したときに、短時間で変換部へ定格電圧を印加することが可能となり、放射線検出器をすみやかに稼動状態に復旧させて、早期に画像収集を再開することのできる放射線撮影装置が提供される。
さらに、標準的な電圧上昇率にとらわれず、状況に応じて例えば高い電圧上昇率に設定して、短時間で放射線検出器を使用可能な状態にすることが可能となる。
なおさらに、制御系のシステムロックなどの障害を復旧する際に、制御系の電源遮断の影響を受けずに放射線検出器へバイアス電圧を供給し続けることができ、制御系の障害の復旧に合わせて即座に撮影動作の再開を可能とする放射線撮影装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器を備えたＸ線撮影装置の概略構成を示した系統図である。
【図２】本発明に係る放射線検出器の一実施の形態を示した系統図である。
【図３】図２に示した実施の形態におけるバイアス電源と高電圧制御部との具体的な構成の一例を示した系統図である。
【図４】図２に示した実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
【図５】本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示した系統図である。
【図６】本発明に係る放射線検出器のさらに他の実施の形態を示した系統図である。
【図７】図６に示した実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
【図８】本発明に係る放射線撮影装置の一実施の形態の要部を示した系統図である。
【図９】本発明に係る放射線撮影装置の他の実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
【図１０】公知のフラットパネル型Ｘ線検出器の概略構成を示した系統図である。
【図１１】公知のフラットパネル型Ｘ線検出器の一例の概略構成を示した説明図である。
【図１２】図１０に示したフラットパネル型Ｘ線検出器の信号読み出し回路の説明図である。
【図１３】公知のフラットパネル型Ｘ線検出器を構成する画素の断面構造の一例を模式的に示した説明図である。
【図１４】図１３に示したフラットパネル型Ｘ線検出器を構成する画素の等価回路の説明図である。
【図１５】フラットパネル型Ｘ線検出器におけるバイアス電圧の供給について説明するために示した特性図である。
【符号の説明】
１ 画素
２ ゲート線駆動回路
３ 信号読み出し回路
４ タイミング制御回路
７ モジュールコントローラ
８ 高電圧制御部
９ バイアス電源
１０ 放射線検出・読み出し部（ＦＰＤ本体）
２３ 変換膜
８０ 高電圧制御部
１００ Ｘ線発生器
２００ フラットパネル型Ｘ線検出器
２０１ 電圧保持部
２０２ 電圧検出器
３００ 制御装置
４００ 操作卓
５００ 画像処理装置
６００ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常フラットパネル型放射線検出器と呼ばれている放射線検出器と、この放射線検出器を採用した医療用あるいは工業用の放射線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体の放射線透視画像を得るための放射線検出器として、従来からイメージインテンシファイア（Image Intensifier：Ｉ．Ｉ．）と撮像管あるいは固体撮像素子（例えば、Charge Coupled Device：ＣＣＤ）とを組合せたものが用いられている。これは、被検体を透過したＸ線情報を光学情報に変換し、この光学情報をテレビカメラに取り込んで、テレビモニタに画像として表示したり、フィルムに焼き込んだりするものである。
このような、Ｉ．Ｉ．と撮像管あるいはＣＣＤとを組合せた放射線検出器に対し、より繊細な欠陥や病変を検出したいという強いニーズに応える新しい放射線検出器として、近時、半導体技術を駆使したフラットパネル型放射線検出器（Flat Panel Detector：ＦＰＤ）が開発されてきている。このＦＰＤは、例えばガラス基板上に形成されるスイッチング素子や容量を、放射線を電荷などに変換する光導電膜などで覆うように形成した半導体アレイであり、高解像度、軽量・コンパクトで、画像歪みも少ないという特徴を備えている。
【０００３】
そこで、このＦＰＤの概要について、図１０ないし図１５を参照して説明する。なお、ＦＰＤには、放射線を直接電気信号に変換する直接変換型と、放射線を一旦光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換型とがあるが、本発明は直接変換型のＦＰＤに関するものなので、直接変換型のＦＰＤについて説明するものとする。
図１０は、ＦＰＤの一例の概略構成を示したブロック図である。ＦＰＤは、放射線を電荷に変換し、変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し部（以下、ＦＰＤ本体という。）１０と、このＦＰＤ本体１０に高電圧を印加するバイアス電源９と、このバイアス電源９からＦＰＤ本体１０へ印加する電圧を制御する高電圧制御部８と、この高電圧制御部８やＦＰＤ本体１０の動作を制御するモジュールコントローラ７とを有している。
ＦＰＤ本体１０の一例の概略構成を図１１に示してあるので、次に、これについて説明する。
ＦＰＤ本体１０は、表面が放射線を電荷に変換する変換膜で覆われた多数の画素１から成り、画素１がマトリックス状に配列されて１画面を形成している。各画素１には後述するように、入射した放射線に基づき変換された電荷を蓄積する容量と、この容量に蓄積された電荷を信号として取り出すためのスイッチング素子とが含まれている。そして、そのスイッチング素子を介して各画素１の電極がゲート線ＧＬｊ（ｊ＝１〜ｍ；ｍは２以上の整数）と信号線ＳＬｉ（ｉ＝１〜ｎ；ｎは２以上の整数）に接続されている。また、各ゲート線ＧＬｊは、ゲート線駆動回路２に接続されているとともに、信号線ＳＬｉは、信号読み出し回路３に接続されている。これらゲート線駆動回路２および信号読み出し回路３は、タイミング制御回路４によって制御される。
【０００４】
ゲート線ＧＬｊは、テレビジョンの走査線に相当し、ゲート線駆動回路２が、あるゲート線ＧＬｊに駆動信号を供給すると、駆動信号の供給された当該ゲート線ＧＬｊに接続されている全ての画素１は、オン状態になるのに十分な励起状態に置かれることになる。なお、ゲート線駆動回路２は、ゲート線ＧＬ１、ＧＬ２、…ＧＬｍを順次走査するように、１画面分の全てのゲート線ＧＬｊに、所定のタイミングで順次駆動信号を供給するようにしてもよいし、あるいは、飛び越し走査として、奇数番目のゲート線ＧＬ１、ＧＬ３、…ＧＬｍ−１に駆動信号を順次供給した後、偶数番目のゲート線ＧＬ２、ＧＬ４、…ＧＬｍに駆動信号を順次供給するようにしてもよい。
また、信号読み出し回路３は、各信号線ＳＬｉに対応して設けられ、例えば図１２に示すように、電圧変換と入力信号の増幅を行うプリアンプＰＡ１〜ＰＡｎと、各プリアンプＰＡ１〜ＰＡｎからの出力を逐次スイッチングするマルチプレクサ５と、マルチプレクサ５からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６とで構成されている。なお、各信号線ＳＬｉから得られる信号は、画像信号である。
【０００５】
さて、ＦＰＤを構成する画素１の断面構造の一例を、図１３に模式的に示し、その等価回路を図１４に示してあるので、次に、これらの図を参照して画素１について説明する。
画素１は、ガラス基板１１の上に形成されるスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）１２や蓄積容量１３等を含んで構成されている。ＴＦＴ１２は、ゲート電極１４と、ゲート電極１４を覆うように形成されたゲート絶縁膜１５と、ゲート絶縁膜１５上に形成されたソース電極１６およびドレイン電極１７とから成っている。そして、ゲート電極１４はゲート線ＧＬｊに接続され、ソース電極１６は信号線ＳＬｉに接続され、さらにドレイン電極１７は、画素電極１８に接続されている。
蓄積容量１３は、画素電極１８と後述するバイアス電源９の負端子と接続された下部共通電極２０とが、絶縁膜２１を介して対向して形成される構造となっている。また、ソース電極１６、ドレイン電極１７および画素電極１８を覆うように、電荷阻止層２２が形成されている。さらに、ＴＦＴ１２および蓄積容量１３を覆うように、放射線を電荷に変換する変換膜２３、誘電体層２４、およびバイアス電源９の正端子に接続される上部共通電極２５が順に形成されて画素容量Ｃｐが構成される。なお、変換膜２３用の材料としては、放射線を吸収して電荷に変換する効率の高い半導体材料、例えば、真空蒸着法によって数１００〜１０００μｍ程度の厚さに形成されるアモルファスセレニウム（ａ−Ｓｅ）膜が用いられる。この半導体材料で形成された膜は、光導電膜とも称される。
【０００６】
次に、上記のように構成されているＦＰＤ本体１０の動作について説明する。
放射線が変換膜２３に入射すると、この放射線が変換膜２３中で吸収され、放射線量に応じた電荷に変換される。変換膜２３と蓄積容量１３とは、構造上電気的に直列に接続された容量を形成するので、バイアス電源９によって上部共通電極２５と下部共通電極２０との間に、バイアス電圧を印加することにより、発生した電荷（電子、正孔）は、それぞれ極性の異なる電極に移動し、これによって蓄積容量１３には所定の電荷が蓄積される。よって、画素１毎に、被検体を透過した放射線を電荷に変換して蓄積するので、これを画像信号として取り出すことによって、放射線画像を形成することができる。
なお、バイアス電源９は、変換膜２３へ高電圧を印加するために設けられているものであるが、変換膜２３には、その厚みに応じた電圧を印加する必要があり、例えば変換膜２３がアモルファスセレニウム膜の場合は、１μｍ当たり約１０Ｖである。よって、変換膜２３の厚みを１ｍｍとすると、約１０ＫＶのバイアス電圧を印加することが必要となる。ただし、変換膜２３へ急激に高電圧の印加を繰り返すと、変換膜２３の寿命を短くするというリスクがあるので、時間をかけて徐々に電圧を上げていって、所定の電圧となるようにしている。このように、時間をかけて、徐々にバイアス電圧を印加するようにするために、高電圧制御部８が備えられている。
【０００７】
次に、ＦＰＤから画像信号を取り出す方法について説明する。
蓄積容量１３に蓄積された電荷は、ＴＦＴ１２をオン状態にするのに十分な電圧をゲート線ＧＬｊに与えることにより、信号線ＳＬｉを介して外部に取り出すことができる。従って、図１１に示すように、ゲート線駆動回路２を用いて、ゲート線ＧＬｊに順次あるいは１本おきに駆動電圧を供給することにより、全画素１にわたって信号を読み出すことができる。そして、各画素１から取り出された信号は、信号線ＳＬｉの各列に接続された信号読み出し回路３によって、それぞれ電圧変換、増幅、Ａ／Ｄ変換等がなされ、デジタル画像信号として放射線像の情報が検出されることになる。
このように、直接変換型のフラットパネル型放射線検出器（ＦＰＤ）は、放射線を電荷量に変換して蓄積する画素１を、二次元状に多数配列して形成したＦＰＤ本体１０を有し、Ｉ．Ｉ．とテレビカメラを組合せたものに比べて種々の特徴を備えている。例えば、解像度が高く歪みの少ない画像が得られ、さらに、放射線像の情報がデジタル画像信号として得られるので、画像処理が容易である。また、大幅な薄型化、軽量化が図られるので、放射線撮影装置への取付け構造が簡単となり、放射線撮影装置の操作範囲が広がったり、小型軽量化を実現したり、医療用の撮影装置に用いる場合には、患者への圧迫感を軽減することもできる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＰＤの心臓部とも言うべき、ＦＰＤ本体１０の放射線を電荷に変換するアモルファスセレニウム膜で形成されている変換膜２３へ、急激に高電圧の印加を繰り返すと、前述のように、変換膜２３の寿命を短くするなどの悪影響を及ぼすリスクがある。このようなリスクを軽減するために、高電圧制御部８の制御により、バイアス電源９の電圧を或る設定値を時間に比例させて、徐々に上げて、所定のバイアス電圧（定格電圧）となるようにしている。ここで、厚みが１ｍｍの変換膜２３に印加するバイアス電圧の定格値を１０ＫＶとすると、例えば、１秒当たり３０Ｖづつ電圧を増加させるものとすると、定格の１０ＫＶに達するには、５分程度の時間がかかることになる。
この様子を図１５に特性図として示してある。なお、図１５の横軸は時間であり、縦軸は印加するバイアス電圧値である。すなわち、時刻０で電源を投入した場合、バイアス電源９によってＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されるバイアス電圧は、高電圧制御部８の制御のもとで、所定の電圧上昇率に従って徐々に上昇し、時刻ｔ１に定格電圧（V-Final）に達する。ここで、ＦＰＤは使用可能状態となる。このＦＰＤが例えばＸ線撮影装置に搭載されている場合、０〜ｔ１までの時間（例えば約５分）は、準備状態であり、Ｘ線撮影を実施することができず、時刻ｔ１以降、Ｘ線撮影が可能な状態（ＦＰＤの使用が可能）となる。このように、ＦＰＤが使用可能状態となるまでに、ある待ち時間が必要となることは、ＦＰＤを搭載しているＸ線撮影装置などでは、不都合をきたすことがあった。
【０００９】
例えば、Ｘ線撮影装置でのＸ線透視下で、カテーテル検査を実施していたような場合に、何らかの理由で、ＦＰＤをリセットしたり、一旦電源を落として再投入しなければならないような事態になったとする。すなわち、図１５に示すように、時刻ｔ１以降使用していたＦＰＤについて、その電源を何らかの事情によって、時刻ｔ２にオフとし、時刻ｔ３に電源を再度オンしたものとすると、次にＦＰＤが使用可能となる時刻ｔ８まで待たなければ、透視画像を得ることはできない。なお、ｔ３〜ｔ８までの時間は、０〜ｔ１までの時間と同じである。よって、この間、カテーテルの操作を中断せざるをえないという問題があった。このような検査の中断は極力避けなければならず、止む無く電源をオフにした場合には、短時間でＦＰＤを使用可能な状態（すなわち、稼動状態）にする必要があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、放射線を電荷に変換する変換部材を有し、この変換部材によって変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し手段と、この放射線検出・読み出し手段の前記変換部材に高電圧を印加する高電圧発生手段と、この高電圧発生手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、所定の電圧上昇率に基づき、徐々に定格値に達するように制御する高電圧制御手段と、前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときに、前記変換部材に印加されている高電圧を時定数に従って徐々に低下するように保持する電圧保持手段とを備え、前記電源供給が再開されたときに、前記高電圧制御手段は前記電圧保持手段によって急激な低下が抑制された電圧値またはその近傍の値から電圧上昇を開始させるように前記高電圧発生手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、上述の課題を解決するため、被検体へ放射線を照射する放射線照射手段と、この放射線照射手段によって照射され、前記被検体を透過した放射線を電荷に変換する変換部材を有し、この変換部材によって変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し手段と、この放射線検出・読み出し手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、所定の電圧上昇率に基づき、徐々に定格値に達するように制御する高電圧制御手段と、前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときに、前記変換部材に印加されている高電圧を時定数に従って徐々に低下するように保持する電圧保持手段とを備え、前記電源供給が再開されたときに、前記高電圧制御手段は前記電圧保持手段によって急激な低下が抑制された電圧値またはその近傍の値から電圧上昇を開始させるように前記高電圧発生手段を制御することを特徴とする放射線検出器と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放射線検出器と、この放射線検出器を採用した放射線撮影装置の種々の実施の形態について、図１ないし図９を参照して詳細に説明する。なお、これらの図において、同一部分には同一符号を付してあるとともに、図１０ないし図１４との同一部分にも同一符号を付して示してある。
先ず、図１に示した系統図によって、本発明に係る放射線検出器を、医療用のＸ線撮影装置に適用した場合のＸ線撮影装置の概略構成について説明する。
このＸ線撮影装置は、被検体Ｐを間にして対向配置されたＸ線発生器１００およびフラットパネル型放射線検出器（ＦＰＤ）２００と、これらＸ線発生器１００やＦＰＤ２００をはじめとして、Ｘ線撮影装置全体を制御する中枢的な機能を果たすコンピュータやメモリ等を有する制御装置３００と、制御装置３００に対して操作者が適宜設定操作などを行う操作卓４００と、ＦＰＤ２００から得られるデジタル画像信号に対して階調処理などを施こす画像処理装置５００と、画像処理装置５００からの出力信号を表示する表示装置６００とを備えている。なお、ＦＰＤ２００における放射線検出・読み出し部としてのＦＰＤ本体１０は、例えば図１１ないし図１４に示したものと同様である。
【００１５】
このように構成されたＸ線撮影装置の一般的な動作は次のとおりである。
制御装置３００の制御に基づき、ＦＰＤ２００に所定の高電圧（バイアス電圧）が印加された後、Ｘ線発生器１００から照射されたＸ線は、被検体Ｐを透過してＦＰＤ２００に入射し、ＦＰＤ２００では、入射したＸ線量に応じた電荷量分布に変換される。そして、ＦＰＤ２００上に形成された二次元的な電荷量分布は、これも制御装置３００の制御下で、図１１で説明したゲート線駆動回路２の動作に従い、ゲート線ＧＬｊ毎に信号線ＳＬｉおよび信号読み出し回路３を介して、デジタル画像信号として順次読み出されて、画像処理装置５００へ供給され、ここで階調処理などが施こされた後、表示装置６００へ送られ、Ｘ線透視画像として表示される。
【００１６】
次に、制御装置３００の有する機能について説明する。
制御装置３００は、Ｘ線発生器１００に対して、Ｘ線を照射させたり、照射を停止させるオン／オフ制御するのはもとより、Ｘ線の照射条件として、例えば印加電圧や電流、Ｘ線照射時間、透視／撮影の切替えなどを制御する。また、ＦＰＤ２００に対しては、ＦＰＤ本体１０へ高電圧を印加するバイアス電源９のオン／オフや電圧上昇率を、モジュールコントローラ７を介して後述する高電圧制御部８０により制御させたり、タイミング制御回路４によるＦＰＤ本体１０からの画像信号の読み出しを制御するなど、Ｘ線撮影装置全体を制御する中枢的な機能を果たしており、そのためのコンピュータやメモリ等を有している。このメモリには、制御プログラムや演算プログラムなど、コンピュータを動作するのに必要となるプログラムや、各種の動作条件などを予め記憶させてあるとともに、制御や演算に伴ない得られる情報が記憶される。
また、制御装置３００には操作卓４００が接続されており、この操作卓４００を操作者が操作して、制御装置３００に対して動作条件などを適宜設定したり、ＦＰＤ２００のモジュールコントローラ７を介して高電圧制御部８０へ、バイアス電源９の電圧上昇率を適宜設定したりするために、操作卓４００には、キーボード、タッチパネル、各種ポインティングデバイス、表示器などが設けられている。
【００１７】
次に、本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態について、図２ないし図４を参照して説明する。なお、図２は、本発明に係る放射線検出器の第１の実施の形態を示した系統図であり、図３は、バイアス電源９とこれを制御する高電圧制御部８０の系統図であり、図４は、第１の実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
前述のように、本発明は、稼動状態にあるＦＰＤ２００について、何らかの理由によって電源供給が断たれ、そのために、ＦＰＤ本体１０に対してバイアス電圧を供給しているバイアス電源９への電源供給が遮断された場合でも、バイアス電圧の急激な低下を抑制するように、ある程度の時間、バイアス電源９の出力電圧をある程度保持できるようにすることを一つの狙いとしている。よって、この実施の形態では、バイアス電源９の出力側（二次側）に電圧保持部２０１を設け、さらに、電源供給が再開されたときには、バイアス電源９の出力側（二次側）の電圧に応じて、バイアス電源９の電圧上昇を開始させることによって、バイアス電圧が定格値に達するまでの時間を短縮しようとするものである。
【００１８】
すなわち、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３へ高電圧を印加するバイアス電源９の出力側に、電圧保持部２０１を設けるとともに、この電圧保持部２０１の電圧を検出する電圧検出器２０２を設け、電圧検出器２０２で検出した電圧値を高電圧制御部８０へフィードバックすることによつて、この高電圧制御部８０がバイアス電源９から所望のバイアス電圧を出力するように制御する。なお、電圧保持部２０１は、コンデンサなどの充電回路によって容易に構成される。
バイアス電源９と高電圧制御部８０とは、例えば図３に示すように構成されている。バイアス電源９は、所謂スイッチング電源として構成されており、例えばＤＣ１２Ｖの入力電圧をインバータ回路部９１でスイッチングし、その出力をトランス９２を介して二次側昇圧整流平滑回路９３に供給する。二次側昇圧整流平滑回路９３は、例えば、周知のコッククロフト回路などで構成されており、入力を所望の直流高電圧に昇圧する。なお、二次側昇圧整流平滑回路９３の出力電圧は、抵抗器などで構成される分圧器９４によって、出力電圧に比例した低電圧に分圧され、インバータ駆動制御部９５へ供給される。
【００１９】
そして、インバータ駆動制御部９５では、二次側昇圧整流平滑回路９３の分圧された出力と、高電圧制御部８０からの設定値とを比較しながら、インバータ回路部９１を制御して、二次側昇圧整流平滑回路９３の出力を所望のバイアス電圧となるようにする。よって、所定のバイアス電圧がＦＰＤ本体１０の変換膜２３へ印加されることになる。
なお、高電圧制御部８０は、所定の電圧上昇率に従ってバイアス電圧が徐々に上昇するように、バイアス電源９へ設定値を出力してバイアス電源９を制御する。そのため、マイクロコントローラ８１において、モジュールコントローラ７から供給される電圧上昇率の設定値と、電圧検出器２０２によって検出された電圧保持部２０１の出力電圧がＡ／Ｄコンバータ８２で変換されたフィードバック値とをもとにして、このときのバイアス電源９への設定値を定め、これをＤ／Ａコンバータ８３を介してバイアス電源９のインバータ駆動制御部９５へ供給している。
【００２０】
図４は、図２に示した実施の形態において、バイアス電圧の印加状況を示した特性図であり、図１５と同様に横軸は時間であり、縦軸は印加するバイアス電圧値である。すなわち、時刻０で電源を投入した場合、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されるバイアス電圧は、所定の電圧上昇率（例えば、３０Ｖ／ｓｅｃ）に従って徐々に上昇し、時刻ｔ１に定格電圧（V-Final）に達し、ＦＰＤ本体１０は使用可能状態となる。このような状態にあるときに、時刻ｔ２にＦＰＤ２００への電源供給が断たれたものとすると、高電圧制御部８０やバイアス電源９への電源供給も遮断される。そのため、バイアス電源９の出力すなわち、変換膜２３に印加されるバイアス電圧は、従来であれば、ほぼ瞬時にゼロとなるところ、本発明では、電圧保持部２０１の作用によって、バイアス電圧は電圧保持部２０１の有する時定数に従って徐々に低下する。
その後、時刻ｔ３にて、ＦＰＤ２００への電源供給が再開されたとすると、このとき高電圧制御部８０は、電圧検出器２０２で検出された電圧保持部２０１の出力電圧値Ｖ１か、またはその近傍の値から、電圧上昇を開始させるように、バイアス電源９を制御する。このときの電圧上昇率は、時刻０で電源を投入した場合と同じであり、時刻ｔ５に定格電圧（V-Final）に達する。従って、従来は、図４に破線で示すように、時刻ｔ８でなければ定格電圧（V-Final）に達しなかったものが、それよりもずっと早い時刻ｔ５に定格電圧に達し、ＦＰＤ２００を使用可能な状態にすることができる。
【００２１】
なお、上記の実施の形態では、バイアス電源９の出力側（二次側）に電圧保持部２０１を設けたが、図５に示すように、バイアス電源９の入力側（一次側）に電圧保持部２０１を設けるようにしても、同様に、バイアス電圧の急激な低下を抑制する効果を得ることができる。
すなわち、図５に示す実施の形態では、バイアス電源９の入力側（一次側）に電圧保持部２０１を設ける。この場合の電圧保持部２０１は、例えば、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３に、バイアス電圧を一時的に印加することを可能とするバイアス電源９への供給電源として機能するものであり、充電可能なバッテリのような二次電池でよい。そして、この実施の形態における電圧保持部２０１は、高電圧制御部８０へも電源遮断時の制御用電源として供給される。また、電圧検出器２０２はバイアス電源９の出力電圧を検出するように設け、電圧検出器２０２で検出したバイアス電源９の出力電圧を高電圧制御部８０へフィードバックしている。
この実施の形態における、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３へのバイアス電圧の印加状況は、図４と同様となる。すなわち、時刻ｔ２にＦＰＤ２００への電源供給が断たれたものとすると、高電圧制御部８０やバイアス電源９への電源供給も遮断される。ただしこのとき、高電圧制御部８０とバイアス電源９には、電圧保持部２０１から電力が供給されており、従って、バイアス電源９の出力電圧は急激に低下することなく、電圧保持部２０１が有する電力に支えられながら徐々に低下する。
【００２２】
その後、時刻ｔ３にて、ＦＰＤ２００への電源供給が再開されると、このとき高電圧制御部８０は、電圧検出器２０２で検出されたバイアス電源９の出力電圧値Ｖ１か、またはその近傍の値から、電圧上昇を開始させるように、バイアス電源９を制御することになり、時刻ｔ５にバイアス電源９の出力を、定格電圧（V-Final）にすることが可能となる。よって、図４に破線で示した、通常の場合の時刻ｔ８よりも早い時刻ｔ５に、ＦＰＤ２００を使用可能な状態にすることができる。
なお、バイアス電源９からＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されるバイアス電圧の電圧上昇率は、適宜変更することが可能である。例えば、操作者が操作卓４００に設けられているキーボードなどを操作することによって、制御装置３００およびモジュールコントローラ７を介して、高電圧制御部８０へ電圧上昇率の変更を指示したり、変更した電圧上昇率をそのまま設定値とすることもできる。さらに、状況に応じて電圧上昇率を変更できるように、高電圧制御部８０に電圧上昇率の変更機能をもたせることも可能である。
【００２３】
図６は、電源供給が断たれたときに、その時間を計数して、電源供給の断たれていた時間が短ければ、電圧上昇率を通常より高めることにより、短い時間でＦＰＤ２００を使用可能状態にしようとする実施の形態を示したものである。
すなわち、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３に印加されているバイアス電圧が、短時間だけ遮断されたような場合に、再度バイアス電圧を印加する際、変換膜２３に及ぼすリスクが軽微な範囲内において、通常の電圧上昇率よりも高い上昇率でバイアス電圧を印加し、可能な限り早くＦＰＤ２００または放射線撮影装置を使用可能な状態に復帰させることも必要である。
そのため、電源供給が断たれても機能するリアルタイムクロック２０３と不揮発性メモリ２０４を、ＦＰＤ２００に設けている。そして、リアルタイムクロック２０３の内容を、モジュールコントローラ７を介して、ある時間間隔で不揮発性メモリ２０４に記録しておく。ここで、電源供給が断たれると、モジュールコントローラ７は、不揮発性メモリ２０４に記録されている電源が遮断した直前の時刻と、その後電源が投入されたときの時刻とから、電源が遮断されていた時間を見極め、それがある時間以内であれば、高電圧制御部８０へ電圧上昇率の上昇を指示し、高電圧制御部８０は通常よりも高い電圧上昇率で、バイアス電源９からＦＰＤ本体１０の変換膜２３へバイアス電圧を印加し、短時間に定格電圧に到達させる。なお、この実施の形態において高電圧制御部８０は、図３に示した構成からＡ／Ｄコンバータ８２を省略したものであってもよい。
【００２４】
この実施の形態におけるバイアス電圧の印加の様子を図７に、図１５と同様の特性図として示してある。すなわち、稼動状態にあったＦＰＤ２００への電源供給が時刻ｔ２で遮断され、バイアス電圧が印加されなくなったところまでは図１５と同様である。そして、時刻ｔ３で電源が再投入されると、バイアス電圧が上昇し始めることになるが、このとき、電源の遮断されていた時間（ｔ３−ｔ２）がある時間以内であれば、バイアス電源９から変換膜２３へ、高い電圧上昇率でのバイアス電圧の印加を開始する。よって、時刻ｔ６に定格電圧（V-Final）に達する。この時刻ｔ６は、破線で示す通常の場合の電圧上昇率によって定格電圧に達する時刻ｔ８よりも十分短い時間とすることができる。
なお、本実施の形態では、リアルタイムクロック２０３や不揮発性メモリ２０４を、ＦＰＤ２００に設けるものとして説明したが、これらに相当するものを制御装置３００に設けて、同様に機能させてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
続いて、図８に示す実施の形態について説明する。
図８は、ＦＰＤ２００への電源供給系統を、高電圧制御部８０とバイアス電源９とのバイアス電源系と、モジュールコントローラ７とＦＰＤ本体１０との、ＦＰＤ本体１０から検出信号を読み出す信号読み出し系とに、放射線撮影装置側において分離して、供給するようにした実施の形態を示したものである。
すなわち、従来は、これら各系統とも放射線撮影装置側からの電源供給は同じ一つの系統で供給されており、例えばモジュールコントローラ７において、システムロックなどの障害が発生した場合に、モジュールコントローラ７の電源を一旦オフにしてシステムをクリアーし、再度電源をオンにしてシステムを立上げようとすると、必然的に高電圧制御部８０やバイアス電源９への電源供給も遮断されてしまい、再度電源をオンにした場合に、バイアス電源９の出力が定格値に達するまでの間は、放射線撮影装置での撮影動作をストップさせなければならなかった。
そこで本実施の形態では、ＦＰＤ２００への電源供給系統を、高電圧制御部８０とバイアス電源９とのバイアス電源系の電源供給ラインＡと、モジュールコントローラ７とＦＰＤ本体１０とのＦＰＤ本体１０から検出信号を読み出す信号読み出し系の電源供給ラインＢとに、分離したものである。よって、モジュールコントローラ７のシステムロックなどを解除するためには、電源供給ラインＢを遮断すればよく、このとき電源供給ラインＡは活きているので、バイアス電源９からＦＰＤ本体１０へのバイアス電圧を供給し続けられる。従って、電源供給ラインＢの遮断を解除して、モジュールコントローラ７の電源を再度オンにすることによって、システムを再立上げすると、放射線撮影装置での撮影動作を即座に再開させることができる。
【００２６】
なお本発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、さらに種々の形態で実施できることは言うまでもない。
例えば、制御装置３００あるいは操作卓４００から、ＦＰＤ２００のモジュールコントローラ７に対してリセット信号が発せられたような場合に、モジュールコントローラ７をリセットするものの、高電圧制御部８０はリセットせず、よってバイアス電源９をリセットしないようにしてもよい。この場合は、モジュールコントローラ７はリセットされても、バイアス電圧は、ＦＰＤ本体１０の変換膜２３へ印加し続けられるので、モジュールコントローラ７を復旧させた場合、即座にＦＰＤ本体１０からの検出信号の読み出しが可能となる。
また、図９に図７と同様の特性図を示したように、時刻ｔ３にて電源供給を再開したときに、再開初期には、通常の電圧上昇率でバイアス電圧を印加するように、高電圧制御部８０からバイアス電源９を制御していたものを、途中の時刻ｔ４において、操作卓４００から制御装置３００およびモジュールコントローラ７を介して、高電圧制御部８０へ電圧上昇率を高めるように指示してもよい。このようにすれば、通常の場合よりも早い時刻ｔ７に、バイアス電圧を定格値とすることができ、例えばＸ線透視下でカテーテル検査をしていたときのように、緊急事態に対しては、ＦＰＤ２００側のリスクを犠牲にしても、早く画像収集を可能にすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、発明の実施の形態によれば、高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときでも、その出力電圧を或る程度の値に保持することができるので、電源供給を再開したときに、短時間で変換部へ定格のバイアス電圧を印加することが可能となり、すみやかに稼動状態に復旧させることのできる放射線検出器を提供することができる。
また、高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときでも、その出力電圧を或る程度の値に保持することができるので、電源供給を再開したときに、短時間で変換部へ定格電圧を印加することが可能となり、放射線検出器をすみやかに稼動状態に復旧させて、早期に画像収集を再開することのできる放射線撮影装置が提供される。
さらに、標準的な電圧上昇率にとらわれず、状況に応じて例えば高い電圧上昇率に設定して、短時間で放射線検出器を使用可能な状態にすることが可能となる。
なおさらに、制御系のシステムロックなどの障害を復旧する際に、制御系の電源遮断の影響を受けずに放射線検出器へバイアス電圧を供給し続けることができ、制御系の障害の復旧に合わせて即座に撮影動作の再開を可能とする放射線撮影装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器を備えたＸ線撮影装置の概略構成を示した系統図である。
【図２】本発明に係る放射線検出器の一実施の形態を示した系統図である。
【図３】図２に示した実施の形態におけるバイアス電源と高電圧制御部との具体的な構成の一例を示した系統図である。
【図４】図２に示した実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
【図５】本発明に係る放射線検出器の他の実施の形態を示した系統図である。
【図６】本発明に係る放射線検出器のさらに他の実施の形態を示した系統図である。
【図７】図６に示した実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
【図８】本発明に係る放射線撮影装置の一実施の形態の要部を示した系統図である。
【図９】本発明に係る放射線撮影装置の他の実施の形態の作用を説明するために示した特性図である。
【図１０】公知のフラットパネル型Ｘ線検出器の概略構成を示した系統図である。
【図１１】公知のフラットパネル型Ｘ線検出器の一例の概略構成を示した説明図である。
【図１２】図１０に示したフラットパネル型Ｘ線検出器の信号読み出し回路の説明図である。
【図１３】公知のフラットパネル型Ｘ線検出器を構成する画素の断面構造の一例を模式的に示した説明図である。
【図１４】図１３に示したフラットパネル型Ｘ線検出器を構成する画素の等価回路の説明図である。
【図１５】フラットパネル型Ｘ線検出器におけるバイアス電圧の供給について説明するために示した特性図である。
【符号の説明】
１ 画素
２ ゲート線駆動回路
３ 信号読み出し回路
４ タイミング制御回路
７ モジュールコントローラ
８ 高電圧制御部
９ バイアス電源
１０ 放射線検出・読み出し部（ＦＰＤ本体）
２３ 変換膜
８０ 高電圧制御部
１００ Ｘ線発生器
２００ フラットパネル型Ｘ線検出器
２０１ 電圧保持部
２０２ 電圧検出器
３００ 制御装置
４００ 操作卓
５００ 画像処理装置
６００ 表示装置
Claims (11)
- 放射線を電荷に変換する変換部材を有し、この変換部材によって変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し手段と、
この放射線検出・読み出し手段の前記変換部材に高電圧を印加する高電圧発生手段と、
この高電圧発生手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、所定の電圧上昇率に基づき、徐々に定格値に達するように制御する高電圧制御手段と、
前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときに、前記変換部材に印加されている高電圧を時定数に従って徐々に低下するように保持する電圧保持手段とを備え、
前記電源供給が再開されたときに、前記高電圧制御手段は前記電圧保持手段によって急激な低下が抑制された電圧値またはその近傍の値から電圧上昇を開始させるように前記高電圧発生手段を制御することを特徴とする放射線検出器。 - 前記変換部材に印加する前記高電圧発生手段の出力電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記高電圧制御手段は、前記高電圧発生手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、前記電圧検出手段によって検出された電圧値の近傍から、前記所定の電圧上昇率に基づき、定格値に達するように制御することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。 - 前記電圧保持手段は、前記高電圧発生手段の一次側に設けられていることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれか１項に記載の放射線検出器。
- 前記高電圧発生手段の一次側に設けられている前記電圧保持手段は、充電可能な二次電池であることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。
- 前記電圧保持手段は、前記高電圧発生手段の二次側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の放射線検出器。
- 前記高電圧発生手段の二次側に設けられている前記電圧保持手段は、充電回路で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出器。
- 被検体へ放射線を照射する放射線照射手段と、
この放射線照射手段によって照射され、前記被検体を透過した放射線を電荷に変換する変換部材を有し、この変換部材によって変換された電荷に応じた検出信号を読み出す放射線検出・読み出し手段と、
この放射線検出・読み出し手段から前記変換部材へ印加する高電圧を、所定の電圧上昇率に基づき、徐々に定格値に達するように制御する高電圧制御手段と、
前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されたときに、前記変換部材に印加されている高電圧を時定数に従って徐々に低下するように保持する電圧保持手段とを備え、
前記電源供給が再開されたときに、前記高電圧制御手段は前記電圧保持手段によって急激な低下が抑制された電圧値またはその近傍の値から電圧上昇を開始させるように前記高電圧発生手段を制御することを特徴とする放射線検出器と、
を具備することを特徴とする放射線撮影装置。 - 前記放射線検出器の前記高電圧制御手段に対して、前記高電圧発生手段から前記変換部材へ印加する高電圧の電圧上昇率を、任意に設定する設定手段を具備することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
- 前記放射線検出器の前記高電圧発生手段への電源供給が遮断されていた時間を計数する時間計数手段を備え、
前記設定手段は、この時間計数手段によって計数された時間に応じて、前記電圧上昇率を設定することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。 - 前記放射線検出器の前記放射線検出・読み出し手段への電源供給と、同じく、前記放射線検出器の前記高電圧発生手段への電源供給とを、分離して各別に行う電源供給手段を具備することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
- 前記放射線検出器の前記高電圧発生手段から前記変換部材への高電圧の印加を停止させずに、前記放射線検出・読み出し手段から検出信号を読み出す動作をリセットするリセット手段を具備することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
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