JP2005058348A - 放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射線検出手段から取り出された放射線検出信号から放射線検出手段に起因する放射線検出信号の時間遅れを簡易に求めることができる放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明の放射線撮像装置は、Ｘ線管によるＸ線照射に伴ってＦＰＤから取り出されたＸ線検出信号に含まれる時間遅れ分を、減衰時定数の値が異なる強度の複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして除去する際、単数の減衰時定数および強度を仮定した場合にＸ線照射からＸ線非照射へ移行した際での非照射状態でＸ線検出信号のノイズレベルに減衰するか否かを判断し、設定された時定数・強度で適切（ＯＫ）ならばそのときの単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定して、特定されたインパルス応答を用いて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求める。
【選択図】 図４

Description

この発明は、放射線照射手段による放射線の照射に伴って放射線検出手段から放射線検出信号が所定のサンプリング時間間隔で信号サンプリング手段によって取り出されるとともに、取り出された放射線検出信号に基づいて放射線画像が得られるように構成されている医用もしくは工業用の放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法に係り、特に、放射線検出手段のインパルス応答を構成する指数関数の時定数と強度とを求める技術に関する。

放射線撮像装置の代表的な装置のひとつであるで医用Ｘ線診断装置において、最近、Ｘ線管によるＸ線照射に伴って生じる被検体のＸ線透過像を検出するＸ線検出器として、半導体等を利用した極めて多数個のＸ線検出素子をＸ線検出面に縦横に配列したフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）が用いられている。

すなわち、Ｘ線診断装置では、Ｘ線管による被検体への放射線照射に伴ってＦＰＤからサンプリング時間間隔で取り出されるＸ線画像１枚分のＸ線検出信号に基づいて、サンプリング時間間隔毎の被検体のＸ線透過像に対応するＸ線画像が得られる構成がとられている。ＦＰＤを用いた場合、従来から用いられているイメージインテンシファイアなどに比べて、軽量で、かつ、複雑な検出歪みが発生しないので、装置構造面や画像処理面で有利となる。

しかしながら、ＦＰＤを用いた場合、ＦＰＤに起因する時間遅れによる悪影響がＸ線画像に現れるという問題がある。具体的には、ＦＰＤからＸ線検出信号を取り出すサンプリング時間間隔が短い場合、取り出し切れない信号の残りが時間遅れ分として次のＸ線検出信号に加わる。そのため、ＦＰＤから１秒間に３０回のサンプリング時間間隔で画像１枚分のＸ線検出信号を取り出してＸ線画像を作成して動画表示する場合、時間遅れ分が前の画面に残像として現れ、画像のダブリを生じる、結果、動画像がボヤける等の不都合が生じる。

このＦＰＤの時間遅れ問題に対し、米国特許明細書第５２４９１２３号では、コンピュータ断層画像（ＣＴ画像）の取得の場合において、ＦＰＤからサンプリング時間間隔Δｔで取り出される放射線検出信号から時間遅れ分を演算処理で除去する技術が提案されている。

すなわち、前記米国特許明細書では、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を時間遅れ分が幾つかの指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして、放射線検出信号ｙ_k から時間遅れ分を除去した遅れ除去放射線検出信号ｘ_k とする演算処理を次式によって行っている。

ｘ_k =[ｙ_k-Σ_n=1 ^N[α_n ・[1-exp(Ｔ_n )]・exp(Ｔ_n )・Ｓ_nk ]]／Σ_n=1 ^Nβ_n
ここで、Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n ，Ｓ_nk＝ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)，
β_n ＝α_n ・[1−exp(Ｔ_n )]
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
しかしながら、発明者らが上記米国特許明細書が提案する演算処理技術を適用実施してみたところでは、時間遅れに起因するアーティファクトが回避されず、かつ、まともなＸ線画像も得られないという結果しか得られず、ＦＰＤの時間遅れは解消されないことが確認された（特許文献１）。
米国特許第５２４９１２３号（明細書中の数式および図面）

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放射線検出手段から取り出された放射線検出信号から放射線検出手段に起因する放射線検出信号の時間遅れを簡易に求めることができる放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、発明者らは特願２００３−０３３３８９号を出願している。この出願によれば、このＦＰＤの時間遅れに対して、次の再帰式ａ〜ｃにより、ＦＰＤのインパルス応答に起因する時間遅れを除去している。

Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n )・Ｓ_nk］…ａ
Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …ｂ
Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)…ｃ
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｙ_k ：ｋ番目のサンプリング時点で取り出された放射線検出信号
Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した遅れ除去放射線検出信号
Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_n
exp ：指数関数
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
この再帰式的演算では、ＦＰＤのインパルス応答係数である、Ｎ，α_n，τ_n を事前に求めておき、それを固定した状態で放射線検出信号Ｙ_k を式Ａ〜Ｃに適用し、その結果、時間遅れ分を除去したＸ_k を算出することになる。

ところで、特願２００３−０３３３８９号の方法は、減衰時定数が１つのみであればインパルス応答を構成する指数関数を１つ用いるだけですむが、互いに異なる減衰時定数が複数個あればインパルス応答を構成する指数関数も同数必要になる。複数個の指数関数を用いると時間遅れ分を除去する補正演算にも時間がかかる。また、複数個の減衰時定数や強度を求めるのも時間がかかる。

そこで、発明者らは、互いに異なる減衰時定数が複数個あっても１つの減衰時定数に特定することができるか否かについて考えてみた。つまり、特定できるのであればその特定された１つ指数関数で構成されるインパルス応答のみを用いて補正演算を行えばよい。図９は、放射線入射状況を示す図であり、図１０は、図９の入射状況に対応した時間遅れ状況を示す図である。

図９に示すように、Ｘ線が入射されると、入射線量に応じた本来の信号に、図１０に斜線で示す時間遅れ分が加わって、放射線検出信号Ｙ_k は図１０中に太線で示すものとなる。特願２００３−０３３３８９号の方法を用いて、時間遅れ分、すなわち図１０の斜線部分を除去し、本来の信号部分を取り出すことができる。

図１０の斜線部分に示すインパルス応答に起因する時間遅れについては、上述したように互いに異なる減衰時定数が複数個あればインパルス応答を構成する指数関数も同数存在する。ところで、図１０の斜線部分に示す時間遅れのうち、Ｘ線非照射の部分についても時間遅れが減衰しつつも存在する。このＸ線非照射状態での時間遅れ分が、減衰時定数や強度あるいはＸ線照射時間によって変化することに着目して、ノイズレベルにまで減衰させる値を有する減衰時定数や強度あるいはＸ線照射時間に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定するという知見を得た。ここで、本明細書中における『ノイズレベル』とは、０以上の信号強度であるが、０に限りなく近いのが好ましい。したがって、オペレータがＸ線非照射状態でも信号が無視できると判断すれば、そのときのレベルがノイズレベルと判断される。

このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。

すなわち、請求項1に記載の発明は、被検体に向けて放射線を照射する放射線照射手段と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段から放射線検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出す信号サンプリング手段とを備え、被検体への放射線照射に伴って放射線検出手段からサンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に基づいて放射線画像が得られるように構成された放射線撮像装置であって、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各放射線検出信号から除去する時間遅れ除去手段と、前記複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する前記減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定するインパルス応答特定手段とを備え、前記インパルス応答特定手段で特定された単数の指数関数で構成されるインパルス応答を用いて、前記時間遅れ除去手段は時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明では、放射線照射手段による被検体への照射線に伴って放射線検出手段から所定のサンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を、減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして、時間遅れ除去手段が除去する際、放射線の線量に対応したインパルス応答を用いて除去し、得られた補正後放射線検出信号から放射線画像が取得される。

このように、請求項1に記載の発明によれば、時間遅れ除去手段による演算処理により放射線検出信号から時間遅れ分を除去する際、複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答にインパルス応答特定手段は特定して、特定されたインパルス応答を用いて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めるので、インパルス応答を構成する指数関数を１つ特定するだけですみ、時間遅れを簡易に求めることができる。また、ノイズレベルは放射線非照射状態でも信号が無視できるレベルであるので、特定されたインパルス応答は信頼の高いものとなる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線撮像装置において、前記インパルス応答特定手段は、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態の開始１秒以内に放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数および放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態の開始１秒以内に放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数および放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することで、特定されたインパルス応答は、より信頼の高いものとなる。このようにノイズレベルに減衰する時間は短ければ短いほど、インパルス応答について信頼が高くなる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の放射線撮像装置において、前記インパルス応答特定手段は、０．５秒から１．０秒までの範囲の値を有する減衰時定数、および放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、０．５秒から１．０秒までの範囲の値を有する減衰時定数、および放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することで、特定されたインパルス応答は、より信頼の高いものとなる。なお、減衰時定数を固定する場合には、非照射状態では図１１に示すような減衰となる。減衰時定数が１．０秒を超えると図１１中の１点鎖線（減衰時定数を２．０秒に固定）や２点鎖線で示すようにノイズレベルに減衰するのが緩やかになってしまい、逆に減衰時定数が０．５秒未満では図１１中の破線（減衰時定数を０．４秒に固定）で示すようにノイズレベルに一端減衰した後に、大きく振幅してノイズレベルを超えてしまう。このように、減衰時定数を固定して強度を決定する場合には、好ましい範囲は０．５秒から１．０秒までである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線撮像装置において、前記放射線照射から前記放射線非照射へ移行する際に、放射線照射状態での放射線照射時間が５秒から１５秒までの範囲になるように前記放射線照射手段は放射線を照射することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項４に記載の発明によれば、放射線照射から放射線非照射へ移行する際に、放射線照射状態での放射線照射時間が５秒から１５秒までの範囲になるように放射線照射手段が放射線を照射することで、放射線検出信号をノイズレベルにまで適切に減衰することができる。上述したように放射線照射時間によっても時間遅れ分が変化するという知見を得ている。この時間を調整した結果、放射線照射時間が５秒から１５秒までの範囲の場合において放射線検出信号をノイズレベルにまで適切に減衰できることがわかった。

また、請求項５に記載の発明は、被検体を照射して検出された放射線検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出し、サンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る信号処理を行う放射線検出信号処理方法であって、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各放射線検出信号から除去し、その際には、前記複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する前記減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に予め特定して、特定されたインパルス応答を用いて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明を好適に実施することができる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の放射線信号処理方法において、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態の開始１秒以内に放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数および放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項６に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明を好適に実施することができる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の放射線信号処理方法において、０．５秒から１．０秒までの範囲の値を有する減衰時定数、および放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項７に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明を好適に実施することができる。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の放射線信号処理方法において、前記放射線照射から前記放射線非照射へ移行する際に、放射線照射状態での放射線照射時間が５秒から１５秒までの範囲になるように放射線を照射することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項８に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明を好適に実施することができる。

この発明に係る放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法によれば、時間遅れに関する演算処理により放射線検出信号から時間遅れ分を除去する際、複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定して、特定されたインパルス応答を用いて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めるので、インパルス応答を構成する指数関数を１つ特定するだけですみ、時間遅れを簡易に求めることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。

図１は、実施例１に係るＸ線透視撮影装置の全体構成を示すブロック図である。

Ｘ線透視撮影装置は、図１に示すように、被検体Ｍに向けてＸ線を照射するＸ線管１（放射線照射手段）と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＦＰＤ２（放射線検出手段）と、ＦＰＤ２（フラットパネル型Ｘ線検出器）からＸ線検出信号（放射線検出信号）を所定のサンプリング時間間隔Δｔでディジタル化して取り出すＡ／Ｄ変換器３（信号サンプリング手段）と、Ａ／Ｄ変換器３から出力されるＸ線検出信号に基づいてＸ線画像を作成する検出信号処理部４と、検出信号処理部４で取得されたＸ線画像を表示する画像モニタ５とを備えている。つまり、被検体ＭへのＸ線照射に伴ってＡ／Ｄ変換器３でＦＰＤ２から取り出されるＸ線検出信号に基づきＸ線画像が取得されるとともに、取得されたＸ線画像が画像モニタ５の画面に映し出される構成となっている。以下、本実施例１の装置の各部構成を具体的に説明する。

Ｘ線管１とＦＰＤ２は被検体Ｍを挟んで対向配置されていて、Ｘ線管１はＸ線撮影の際、Ｘ線照射制御部６の制御を受けながら被検体Ｍにコーンビーム状のＸ線を照射すると同時に、Ｘ線照射に伴って生じる被検体Ｍの透過Ｘ線像がＦＰＤ２のＸ線検出面に投影される配置関係となっている。

Ｘ線管１とＦＰＤ２のそれぞれはＸ線管移動機構７およびＸ線検出器移動機構８によって被検体Ｍに沿って往復移動可能に構成されている。また、Ｘ線管１とＦＰＤ２の移動に際しては、Ｘ線管移動機構７およびＸ線検出器移動機構８が照射検出系移動制御部９の制御を受けてＸ線の照射中心がＦＰＤ２のＸ線検出面の中心に常に一致する状態が保たれるようにし、Ｘ線管１とＦＰＤ２の対向配置を維持したままで一緒に移動させる構成となっている。もちろんＸ線管１とＦＰＤ２が移動するにつれて被検体ＭへのＸ線照射位置が変化することにより撮影位置が移動することになる。

ＦＰＤ２は、図２に示すように、被検体Ｍからの透過Ｘ線像が投影されるＸ線検出面に多数のＸ線検出素子２ａが被検体Ｍの体軸方向Ｘと体側方向Ｙに沿って縦横に配列された構成となっている。例えば、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ程の広さのＸ線検出面にＸ線検出素子２ａが縦１５３６×横１５３６のマトリックスで縦横に配列されている。ＦＰＤ２の各Ｘ線検出素子２ａが検出信号処理部４で作成されるＸ線画像の各画素と対応関係にあり、ＦＰＤ２から取り出されたＸ線検出信号に基づいて検出信号処理部４でＸ線検出面に投影された透過Ｘ線像に対応するＸ線画像が作成される。

Ａ／Ｄ変換器３は、Ｘ線画像１枚分ずつのＸ線検出信号をサンプリング時間間隔Δｔで連続的に取り出して、後段のメモリ部１0でＸ線画像作成用のＸ線検出信号を記憶するとともに、Ｘ線検出信号のサンプリング動作（取り出し）をＸ線照射の以前に開始するように構成されている。

すなわち、図３に示すように、サンプリング時間間隔Δｔで、その時点の透過Ｘ線像についての全Ｘ線検出信号が収集されてメモリ部１０に次々に格納されていく。Ｘ線を照射する以前のＡ／Ｄ変換器３によるＸ線検出信号の取り出し開始は、オペレータの手動操作によって行われる構成でもよいし、Ｘ線照射指示操作等と連動して自動的に行われる構成でもよい。

また、本実施例１のＸ線透視撮影装置は、図１に示すように、ＦＰＤ２からサンプリング時間間隔で取り出される各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分を、減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各Ｘ線検出信号から時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号を算出する時間遅れ除去部１１と、複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、Ｘ線照射からＸ線非照射へ移行した際での非照射状態でＸ線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定するインパルス応答特定部１２とを備えている。

すなわち、ＦＰＤ２の場合、図１０に示すように、各時刻でのＸ線検出信号には、過去のＸ線照射に対応する信号が時間遅れ分（斜線部分）として含まれる。この時間遅れ分を時間遅れ除去部１１で除去して時間遅れのない補正後Ｘ線検出信号にするとともに、補正後Ｘ線検出信号に基づいて検出信号処理部４でＸ線検出面に投影された透過Ｘ線像に対応するＸ線画像を作成する構成となっている。

具体的に時間遅れ除去部１１は、各Ｘ線検出信号から時間遅れ分を除去する再帰的演算処理を、次式Ａ〜Ｃを利用して行う。

Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n )・Ｓ_nk］…Ａ
Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …Ｂ
Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n ）・Ｓ_n(k-1)…Ｃ
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｙ_k ：ｋ番目のサンプリング時点で取り出されたＸ線検出信号
Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号
Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_n
exp ：指数関数
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
つまり、式Ａの第２項の『Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n )・Ｓ_nk］』が時間遅れ分に該当するので、実施例１の装置では、時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k が式Ａ〜Ｃという簡潔な漸化式によって速やかに求められる。

本実施例１では、かかる漸化式をさらに簡潔にするためにインパルス応答特定部１２によって単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定している。インパルス応答の特定に関する具体的な手法については、図４のフローチャートで後述する。

なお、本実施例１の装置では、Ａ／Ｄ変換器３や、検出信号処理部４、Ｘ線照射制御部６や照射検出系移動制御部９、時間遅れ除去部１１、インパルス応答特定部１２は、操作部１３から入力される指示やデータあるいはＸ線撮影の進行に従って主制御部１４から送出される各種命令にしたがって制御・処理を実行する構成となっている。

次に、上述の本実施例１の装置を用いてＸ線撮影を実行する場合について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図４，図５は実施例１でのＸ線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。なお、図４は、インパルス応答を特定するまでのＸ線検出信号処理方法の手順を示し、図５は、インパルス応答を特定した後のＸ線検出信号処理方法の手順を示す。また、図７は、実施例１でのＸ線照射状況を示す図であって、図７（ａ）はＸ線照射のタイミングチャート、図７（ｂ）はＸ線照射によって得られたＸ線検出信号のサンプリング時間間隔ごとのデータ、図７（ｃ）はＸ線検出信号および補正後Ｘ線検出信号のサンプリング時間間隔ごとのデータである。

図４のフローチャート（ステップＳ１〜Ｓ９）では、被検体Ｍとして静止した被検体（例えば銅板ファントム）を用いて検出信号を処理する。

〔ステップＳ１〕オペレータは、補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k がＸ線の非照射状態の開始１秒以内にノイズレベルＮＬ（図７（ｃ）参照）に減衰することを予測して、減衰時定数τ_n および強度α_n を仮定して設定する。

〔ステップＳ２〕Ｘ線未照射の状態でＡ／Ｄ変換器３がサンプリング時間間隔Δｔ（＝１／３０秒）でＦＰＤ２からＸ線照射前のＸ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k を取り出し始めるとともに、取り出されたＸ線検出信号がメモリ部１０に記憶されていく。

このステップＳ２からステップＳ６までの各ステップは、インパルス応答を特定した後の図５中のステップＱ１からステップＱ５までの各ステップとそれぞれ同じである。

〔ステップＳ３〕オペレータの設定によりＸ線が連続ないし断続的に被検体Ｍに照射されるのと並行して、サンプリング時間間隔ΔｔでＡ／Ｄ変換器３によるＸ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k の取り出しとメモリ部１０への記憶とが続けられる。

発明者らは、Ｘ線照射時間によっても時間遅れ分が変化するという知見を得ている。補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k をノイズレベルにまで適切に減衰するには、Ｘ線の照射時間は５秒から１５秒までの範囲が好ましく、照射時間が１０秒であるのがより好ましい。本実施例１では、図７（ａ）に示すように照射時間を１０秒とする。

〔ステップＳ４〕Ｘ線照射が終了すれば次のステップＳ５に進み、Ｘ線照射が終了していなければステップＳ３に戻る。

〔ステップＳ５〕メモリ部１０から１回のサンプリングで収集したＸ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k を読み出す。

〔ステップＳ６〕時間遅れ除去部１１が式Ａ〜Ｃによる再帰的演算処理を行い、各Ｘ線検出信号Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k 、すなわち、画素値を求める。

〔ステップＳ７〕１回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k を画像モニタ５に表示する（図７（ｃ）参照）。

〔ステップＳ８〕メモリ部１０に未処理のＸ線検出信号Ｙ_k が残っていれば、ステップＳ５に戻り、未処理のＸ線検出信号が残っていなければ、Ｘ線撮影を終了する。

なお、本実施例１の装置では、Ｘ線検出信号Ｙ_k に対する時間遅れ除去部１１による補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k の算出および画像表示モニタ５での補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k の表示がサンプリング時間間隔Δｔ（＝１／３０秒）で行われる。このようにサンプリング時間間隔Δｔごとに得られた補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k は、図７（ｃ）に示すデータとなる。

〔ステップＳ９〕一方で、インパルス応答特定部１２は、Ｘ線の照射状態から非照射状態へと移行する際での非照射状態において、補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k が図７（ｃ）に示すノイズレベルＮＬにまで減衰したか否かを判断する。本実施例１では、インパルス応答特定部１２は、補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k がノイズレベルＮＬに到達した時間が非照射状態の開始1秒内であるか否かを判断する。

そして、ノイズレベルＮＬに到達した時間が開始1秒を超えた場合、またはノイズレベルＮＬに到達した時間が開始1秒内でもその後でノイズレベルＮＬを超えた場合には、設定された減衰時定数τ_n および強度α_n でのインパルス応答が適切でなかったとしてインパルス応答特定部１２は判断する。逆に、ノイズレベルＮＬに到達した時間が開始1秒以内で、かつその後でノイズレベルＮＬ未満の場合には、設定された減衰時定数τ_n および強度α_n でのインパルス応答が適切であったとしてインパルス応答特定部１２は判断する。

ステップＳ１で設定された減衰時定数τ_n および強度α_n でのインパルス応答が適切でなかった場合には、ステップＳ１に戻って別の減衰時定数τ_n および強度α_n を仮定して設定する。もし、インパルス応答が適切であった場合には、インパルス応答特定部１２はそのインパルス応答に特定する。この設定された減衰時定数τ_n および強度α_n は単数であるので、インパルス応答の特定によって１つのみのインパルス応答が決定される。

本実施例１では、インパルス応答特定部１２がインパルス応答を特定したが、他の構成（例えば主制御部１４）がインパルス応答の決定の機能を有してもよい。また、インパルス応答が適切であるか否かについてもインパルス応答特定部１２が行ったが、インパルス応答特定部１２以外の構成がインパルス応答特定部１２によるインパルス応答の特定と個別に行ってもよい。また、画像表示モニタ５での表示結果をオペレータが観測して、その観測に基づいてインパルス応答が適切であるか否かの判断を手動で行ってもよい。

ここで、本明細書中における『ノイズレベル』とは、０以上の信号強度であるが、０に限りなく近いのが好ましい。したがって、オペレータがＸ線非照射状態でも信号が無視できると判断すれば、そのときのレベルがノイズレベルＮＬと判断される。したがって、インパルス応答が適切であるか否かについてインパルス応答特定部１２が行う場合には、オペレータが非照射状態でも信号が無視できる程度のノイズレベルＮＬを予め設定しておいて、その設定されたノイズレベルＮＬに応じてインパルス応答が適切であるか否かについて判断すればよい。また、インパルス応答が適切であるか否かの判断を画像表示モニタ５での表示結果で行う場合には、オペレータが表示結果を観測して非照射状態でも信号が無視できると判断したときのインパルス応答が適切であるとすればよい。

次に、図４で特定されたインパルス応答を用いて、図５のフローチャートを行う。図５のフローチャート（ステップＱ１〜Ｑ８）では、被検体Ｍとして本来の放射線検出の対象である被検体を用いて検出信号を処理する。

〔ステップＱ１〕図４のステップＳ２と同様である。

〔ステップＱ２〕図４のステップＳ３と同様である。

〔ステップＱ３〕図４のステップＳ４と同様である。

〔ステップＱ４〕図４のステップＳ５と同様である。

〔ステップＱ５〕図４のステップＳ６と同様である。ただし、このときに行われる再帰的演算処理には、図４で特定された単数のインパルス応答を用いて行う。

〔ステップＱ６〕検出信号処理部４が１回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k に基づいてＸ線画像を作成する。

〔ステップＱ７〕作成したＸ線画像を画像モニタ５に表示する。

〔ステップＱ８〕メモリ部１０に未処理のＸ線検出信号Ｙ_k が残っていれば、ステップＱ４に戻り、未処理のＸ線検出信号が残っていなければ、Ｘ線撮影を終了する。

なお、本実施例１の装置では、Ｘ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k に対する時間遅れ除去部１１による補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k の算出および検出信号処理部４によるＸ線画像の作成がサンプリング時間間隔Δｔ（＝１／３０秒）で行われる。すなわち、１秒間にＸ線画像を３０枚程度のスピードで次々と作成されるとともに、作成されたＸ線画像を連続表示することができるようにも構成されている。したがって、Ｘ線画像の動画表示が行える。

次に、図４におけるステップＳ６および図５におけるステップＱ５の時間遅れ除去部１１による再帰的演算処理のプロセスを、図６のフローチャートを用いて説明する。

図６は実施例でのＸ線検出信号処理方法における時間遅れ除去の為の再帰的演算処理プロセスを示すフローチャートである。

〔ステップＲ１〕 ｋ＝０とセットされて，式ＡのＸ₀ ＝０，式ＣのＳ_n0＝０がＸ線照射前の初期値として全てセットされる。インパルス応答特定前（図４）においてもインパルス応答特定後（図５）においても指数関数の数は単数（Ｎ＝１）であるので、Ｓ₁₀が０にセットされることになる。

〔ステップＲ２〕式Ａ，Ｃでｋ＝１とセットされる。式Ｃ、つまりＳ_n1＝Ｘ₀ ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n0にしたがってＳ₁₁が求められ、さらに求められたＳ₁₁とＸ線検出信号Ｙ₁ が式Ａに代入されることで補正後Ｘ線検出信号が算出される。

〔ステップＲ３〕式Ａ，Ｃでｋを１だけ増加（ｋ＝ｋ＋１）した後、続いて式Ｃに１時点前のＸ_k-1 が代入されてＳ_1kが求められ、さらに求められたＳ_1kとＸ線検出信号Ｙ_k が式Ａに代入されることで補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k が算出される。

〔ステップＲ４〕未処理のＸ線検出信号Ｙ_k があれば、ステップＲ３に戻り、未処理のＸ線検出信号Ｙ_k がなければ、次のステップＲ５に進む。

〔ステップＲ５〕１回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後除去Ｘ線検出信号Ｘ_k が算出され、１回の撮影分についての再帰的演算処理が終了となる。

以上のように、本実施例１のＸ線透視撮影装置によれば、時間遅れ除去部１１による再帰的演算処理によりＸ線検出信号から時間遅れ分を除去して補正後Ｘ線検出信号を算出する際に、Ｘ線の線量に応じたＦＰＤ２のインパルス応答を用いるので、高精度の補正後Ｘ線検出信号が得られることになる。

上述した演算処理によりＸ線検出信号から時間遅れ分を除去する際、複数個（Ｎ個）の指数関数で構成されるインパルス応答から、Ｘ線照射からＸ線非照射へ移行した際での非照射状態で補正後Ｘ線検出信号のノイズレベルＮＬに減衰させる値を有する減衰時定数τ_n に基づいて単数（１個）の指数関数で構成されるインパルス応答にインパルス応答特定部１２は特定して、特定されたインパルス応答を用いて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号Ｘ_k を求めるので、インパルス応答を構成する指数関数を１つ特定するだけですみ、時間遅れを簡易に求めることができる。また、ノイズレベルＮＬはＸ線非照射状態でも信号が無視できるレベルであるので、特定されたインパルス応答は信頼の高いものとなる。

また、本実施例１では、Ｘ線非照射状態の開始１秒以内にノイズレベルＮＬに減衰させる減衰時定数τ_n および強度α_n を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することで、特定されたインパルス応答は、より信頼の高いものとなる。このようにノイズレベルに減衰する時間は短ければ短いほど、インパルス応答について信頼が高くなる。

また、本実施例１では、Ｘ線照射状態でのＸ線照射時間が１０秒であり、５秒から１５秒間での範囲になるようにＸ線管１がＸ線を照射することで、Ｘ線検出信号をノイズレベルにまで適切に減衰することができる。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。

図８は、実施例２でのインパルス応答を特定するまでのＸ線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。なお、実施例２でのＸ線透視撮影装置は、インパルス応答特定部１２の具体的な機能が相違する他は、実施例１での装置と同じ構成からなる。また、インパルス応答を特定した後のＸ線検出信号処理方法の手順、時間遅れ除去部１１による再帰的演算処理のプロセスについても実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

また、本実施例２の図８のフローチャートにおいても、ステップＳ２からＳ８までの各ステップは、実施例１の図４中のステップＳ２からＳ８までの各ステップとそれぞれ同じである。

〔ステップＳ１ａ〕オペレータは、Ｘ線の非照射状態でノイズレベルＮＬに減衰することを予測して、強度α_n を仮定して設定する。このとき、減衰時定数τ_n については固定にする。減衰時定数τ_n を固定して強度α_n を決定する場合には、減衰時定数τ_n は０．５秒から１．０秒までの範囲が好ましく、減衰時定数τ_n が０．５秒付近であるのがより好ましい。本実施例２では、減衰時定数τ_n を０．５秒と固定する。

〔ステップＳ２〕図４のステップＳ２と同様である。

〔ステップＳ３〕図４のステップＳ３と同様である。

〔ステップＳ４〕図４のステップＳ４と同様である。

〔ステップＳ５〕図４のステップＳ５と同様である。

〔ステップＳ６〕図４のステップＳ６と同様である。

〔ステップＳ７〕図４のステップＳ７と同様である。

〔ステップＳ８〕図４のステップＳ８と同様である。

〔ステップＳ９ａ〕インパルス応答特定部１２は、Ｘ線の照射状態から非照射状態へと移行する際での非照射状態において、補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k がノイズレベルＮＬにまで減衰したか否かを判断する。判断の手法については実施例１と同様であるのでその説明を省略する。ただし、減衰時定数τ_n については０．５秒から１．０秒までの範囲で予め固定しているので、実施例１のように非照射状態の開始1秒内に限定する必要はなく、非照射状態の開始から所定の時間内に減衰すればよい。ノイズレベルＮＬにまで減衰しなかった場合には、設定された強度α_n でのインパルス応答が適切でなかったとしてインパルス応答特定部１２は判断する。逆に、ノイズレベルＮＬにまで減衰した場合には、設定された強度α_n でのインパルス応答が適切であったとしてインパルス応答特定部１２は判断する。

ステップＳ１ａで設定された強度α_n でのインパルス応答が適切でなかった場合には、ステップＳ１ａに戻って別の強度α_n を仮定して設定する。もし、インパルス応答が適切であった場合には、インパルス応答特定部１２はそのインパルス応答に特定する。この設定された強度α_n は単数であるので、インパルス応答の特定によって１つのみのインパルス応答が決定される。

以上のように、本実施例２のＸ線透視撮影装置によれば、例えば０．５秒のように０．５秒から１．０秒までの範囲の値を有する減衰時定数τ_n 、およびノイズレベルＮＬに減衰させる値を有する強度α_n を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することで、特定されたインパルス応答は、より信頼の高いものとなる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例装置では、放射線検出手段がＦＰＤであったが、この発明は、ＦＰＤ以外のＸ線検出信号の時間遅れを生ずる放射線検出手段を用いた構成の装置にも用いることができる。

（２）上述した各実施例装置はＸ線透視撮影装置であったが、この発明はＸ線ＣＴ装置のようにＸ線透視撮影装置以外のものにも適用することができる。

（３）上述した各実施例装置は医用装置であったが、この発明は、医用に限らず、非破壊検査機器などの工業用装置にも適用することができる。

（４）上述した各実施例装置は、放射線としてＸ線を用いる装置であったが、この発明は、Ｘ線に限らず、Ｘ線以外の放射線を用いる装置にも適用することができる。

以上のように、この発明は、医用もしくは工業用の放射線撮像装置に適している。

実施例のＸ線透視撮影装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例装置に用いられているＦＰＤの構成を示す平面図である。 実施例装置によるＸ線撮影の実行時のＸ線検出信号のサンプリング状況を示す模式図である。 実施例１でのインパルス応答を特定するまでのＸ線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。 実施例１，２でのインパルス応答を特定した後のＸ線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。 実施例１，２でのＸ線検出信号処理方法における時間遅れ除去用の再帰的演算処理プロセスを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は実施例１でのＸ線照射状況を示す図である。 実施例２でのインパルス応答を特定するまでのＸ線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。 放射線入射状況を示す図である。 図９の入射状況に対応した時間遅れ状況を示す図である。 減衰時定数の値をそれぞれ固定したときの照射状態から非照射状態へと移行した際での検出信号の状況を示す図である。

符号の説明

１ … Ｘ線管（放射線照射手段）
２ … ＦＰＤ（放射線検出手段）
３ … Ａ／Ｄ変換器（信号サンプリング手段）
１１ … 時間遅れ除去部（時間遅れ除去手段）
１２ … インパルス応答特定部（インパルス応答特定手段）
Ｍ … 被検体

Claims (8)

1. 被検体に向けて放射線を照射する放射線照射手段と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段から放射線検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出す信号サンプリング手段とを備え、被検体への放射線照射に伴って放射線検出手段からサンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に基づいて放射線画像が得られるように構成された放射線撮像装置であって、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各放射線検出信号から除去する時間遅れ除去手段と、前記複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する前記減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定するインパルス応答特定手段とを備え、前記インパルス応答特定手段で特定された単数の指数関数で構成されるインパルス応答を用いて、前記時間遅れ除去手段は時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 請求項１に記載の放射線撮像装置において、前記インパルス応答特定手段は、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態の開始１秒以内に放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数および放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とする放射線撮像装置。
3. 請求項１に記載の放射線撮像装置において、前記インパルス応答特定手段は、０．５秒から１．０秒までの範囲の値を有する減衰時定数、および放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とする放射線撮像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線撮像装置において、前記放射線照射から前記放射線非照射へ移行する際に、放射線照射状態での放射線照射時間が５秒から１５秒までの範囲になるように前記放射線照射手段は放射線を照射することを特徴とする放射線撮像装置。
5. 被検体を照射して検出された放射線検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出し、サンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る信号処理を行う放射線検出信号処理方法であって、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各放射線検出信号から除去し、その際には、前記複数個の指数関数で構成されるインパルス応答から、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する前記減衰時定数に基づいて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に予め特定して、特定されたインパルス応答を用いて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めることを特徴とする放射線信号処理方法。
6. 請求項５に記載の放射線信号処理方法において、放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態の開始１秒以内に放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する減衰時定数および放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とする放射線信号処理方法。
7. 請求項５に記載の放射線信号処理方法において、０．５秒から１．０秒までの範囲の値を有する減衰時定数、および放射線照射から放射線非照射へ移行した際での非照射状態で放射線検出信号のノイズレベルに減衰させる値を有する放射線の強度を用いて単数の指数関数で構成されるインパルス応答に特定することを特徴とする放射線信号処理方法。
8. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の放射線信号処理方法において、前記放射線照射から前記放射線非照射へ移行する際に、放射線照射状態での放射線照射時間が５秒から１５秒までの範囲になるように放射線を照射することを特徴とする放射線信号処理方法。
   

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