JP2005524454A

JP2005524454A - 線量計を含むｘ線検査装置

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Publication number: JP2005524454A
Application number: JP2004502033A
Authority: JP
Inventors: ナシェッティ，アウグスト; オーフェルディック，ミヒャエル
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2005-08-18
Also published as: AU2003222385A1; WO2003093869A1; EP1504290A1; US20050173640A1; DE10219927A1; US7233004B2

Abstract

本発明は、放射線源と画像信号を形成する放射線センサ装置とを含む装置であって、放射線センサ装置は、読み出された画像信号の増幅／処理用の読み出し回路配置に結合され、放射線量を測定するようにされる少なくとも１つの線量計が更に設けられる装置に関連する。本発明はまた、Ｘ線検査装置及びＸ線画像を処理する方法に関連する。捕捉された画像に対して高い画質が達成されうる配置及び方法を実現するために、少なくとも１つの線量計によって生成された線量信号を少なくとも読み出し回路配置へ印加することが提案される。

Description

本発明は、放射線源と画像信号を形成する放射線センサ装置とを含む装置であって、放射線センサ装置は、読み出された画像信号の増幅／処理用の読み出し回路配置に結合され、放射線量を測定するようにされる少なくとも１つの線量計が更に設けられる装置に関連する。本発明は、Ｘ線管、Ｘ線検出器、読み出し回路配置、及び画像処理装置を含むＸ線検査装置に関連する。本発明はまた、Ｘ線画像を処理する方法であって、Ｘ線管によって発せられるＸ線はＸ線検出器へ導かれ、Ｘ線検出装置は、画像信号を発生するようにされ、センサを含み、少なくとも１つの線量計に結合され、当該線量計はＸ線の強度を示す少なくとも１つの信号を発生する方法に関連する。

本発明は、画像ピックアップ装置の分野で使用されうる。このとき放射線センサ装置は、感光センサ装置であってもよく、Ｘ線に感応するセンサ装置であってもよい。感光センサ装置は、例えば、写真技術において用いられる。Ｘ線に感応するセンサ装置は、特に医療分野で用いられるが、材料分析の分野又はセキュリティの分野でも使用される。センサ装置は、異なる波長の複数の種類の放射線に感応しうる。

医療検査では、検査されるべき患者が曝される放射線量を最小限とするために比較的小さい放射線量のみが用いられるため、Ｘ線から形成される画像信号は干渉に対して非常に敏感であり、一般的には非常に低いレベルのみを有し、従ってセンサ装置における感度の問題を引き起こす。上述のことは、画像信号が非常に低いレベルを有するときに更に処理されうるよう、画像信号の複雑な後処理を必要とする。従って、より強い画像信号を発生するために放射線量を高めることは避けられる。

概して、放射線はかかる装置中の放射線源によって発せられる。放射線源は、光放射線源又はＸ線源として構築されうる。放射線センサ装置は、入射する放射線を、例えば電荷担体へ、又は異なる波長の放射線へ変換し、これはセンサによって検出され、そこから例えば電気画像信号が形成される。異なる放射線量は、センサ表面の個々の領域又は点に入射する。医療分野では、Ｘ線は、検査されるべき患者の骨又は組織の様々な吸収性質により、様々な程度に減少され、従って画像信号間に差を生じさせ、これは最終的には一般的に知られているＸ線画像信号を生じさせる。放射線センサ装置の後には、例えばアナログ画像信号をディジタル画像信号へと増幅及び変換する読み出し回路配置が続く。画像信号は、個々に読み出し回路配置へ印加され、増幅及び変換は、画像処理装置を介して例えばモニタ及び他の出力媒体へ表示／出力される全体画像信号を生じさせる。

特許文献１は、特にＸ線について考えられる読み出し回路を有する配置の実施例を開示している。特許文献２は、線量計を有する更なる配置を開示している。

放射線センサ装置から読み出し回路配置へ転送される画像信号の数は、通常は非常に多いため、このためにかなりの時間が必要である。かかる放射線センサ装置は、特に動く画像を形成するためにも使用され、高い質の撮像に必要とされる画像繰り返し周波数は、非常に短い時間期間内に非常に高いデータスループットを必要とする。データスループットを制限することは、表示の質を制限することとなる。
欧州特許第０４４０２８２号明細書欧州特許出願第００３０８２１７．９号明細書

従って、本発明は、捕捉されるべき画像のために高い表示の質が達成される配置及び方法を提供することを目的とする。

この目的は、放射線源と画像信号を形成する放射線センサ装置とを含む装置であって、放射線センサ装置は、読み出された画像信号の増幅／処理用の読み出し回路配置に結合され、放射線量を測定するようにされる少なくとも１つの線量計が更に設けられ、線量計によって発生される少なくとも１つの線量信号は少なくとも読み出し回路配置に印加されうる装置によって達成される。

本発明は、放射線源の放射線容量を制御することが意図される放射線量信号は、有利には本発明により放射線装置の処理段に影響を与えるために使用されうるという考えに基づく。

関連のある種類に依存して、線量計は放射線センサ装置に統合されるか、又は、例えばセンサ装置の前方に、電離箱の形で配置される。これらは、生ずる放射線の量に比例した線量信号を発生する。

これまで、この線量信号は、放射線源の制御にのみ使用されていた。本発明によれば、線量信号に含まれる情報は、少なくとも１つの線量信号が読み出し回路配置に印加されることで、下流の構成要素に影響を与えるためにも使用される。

このために、本発明の有利な実施例によれば、センサ装置は複数のシングルセンサから構成される。センサ装置の表面積に関連するセンサの数が多くなればなるほど、形成される画像の解像度は高くなる。簡単な用途では、センサ装置全体に対して１つの線量信号を発生することのみで十分である。その場合、単一の線量計のみが設けられる。高い解像度のセンサの場合、線量計は、極端な場合には各個々のセンサに結合されてもよい。関連のある用途に依存して、センサ群に対する平均線量信号を形成することが妥当である。１つ又はそれ以上の平均線量信号の形成は、センサ装置内で既に行われてもよく、センサ装置に後続するユニットによって行われてもよい。

本発明の有利な実施例では、読み出し回路配置のパラメータは変化されうる。線量信号は、センサ装置を入射光線に曝したときに画像信号と同時に発生される。線量信号は、次に、画像信号よりも早く、又は少なくとも画像信号よりも遅くないよう読み出し回路配置に印加される。読み出し回路配置は、例えば、通常は弱くおそらくはノイズの多い画像信号を増幅する増幅器を有する。更に、アナログ画像信号をディジタル画像信号へ変換するために、更なる処理に適した全体画像信号を形成するよう、個々の画像信号を組み合わせるＡ／Ｄ変換器も設けられる。線量信号又は複数の線量信号に依存して、例えば画像信号の必要な増幅である画像信号のパラメータは変更されうる。このために、例えば、画像信号の利得係数はメモリに格納されたルックアップテーブル中の個々に測定された線量信号に関連付けられる。対応するセンサ上に入射する放射線の量、及びそこから発生される線量信号から、このセンサから読み出される画像信号を増幅するのに用いられる個々の利得係数が決定される。

本発明の有利な実施例では、画像信号の例えばオフセット又は利得係数等のパラメータは、センサ装置の全ての画像信号に対して同じ程度に、即ち線量信号に依存して変更される。例えば読み出し回路配置のための電流／電圧供給といった他のパラメータへ影響を与えることも可能である。全ての画像信号の又は個々の画像信号のみのフィルタリングの種類にも影響が与えられうる。

線量信号又は複数の線量信号に依存してパラメータを変更することは、全体の画像の質の向上を与え、従って配置はまたより大きいダイナミックレンジに対しても使用されうる。

本発明の有利な実施例では、画像信号は、線量信号が閾値を越えるか閾値に達しないかに依存して、例えば過剰照射されたセンサ領域からの画像信号の増幅を防止するために、読み出し回路配置へ印加される。露光又は照射された対象は、通常はセンサ装置の表面積全体を覆わないため、個々の領域は直接放射線に当たる。しかしながら、かかる直接放射線画像信号は、通常は関心対象とならない。更に、通常は強い放射線は、かかる直接放射線領域中で、照射された対象の他の画像信号と比較して非常に強い読み出し回路配置に印加される画像信号を生じさせる。この高レベル画像信号は、通常は対応して関連付けられる増幅器中で飽和を生じさせる。このような直接照射された領域からの同様に高い線量信号に基づいて、これらの領域からの画像信号は、過剰照射領域の画像信号が読み出し回路配置に印加されないとともに、増幅器が飽和範囲に至らないよう、閾値との比較により、スイッチオフされるか、又は増幅から除外される。更に、検査ゾーンは、選択可能な閾値に基づいて定められ得る。

本発明の望ましい実施例の放射線源はＸ線管で形成され、一方で放射線センサ装置はＸ線検出器によって形成される。

本発明は、特に有利には、Ｘ線に感応する複数のセンサからなるＸ線検出器によって行われうる。センサは、例えばマトリックスの形で行及び列へ配置される。線量計は、照射中に生ずる放射線量を測定する。線量信号は、画像信号の前に読み出し回路配置に印加される。Ｘ線検出器中のセンサの群について線量測定を行うことが有利であり、なぜならば隣接するセンサ間の放射線量は無視できるほど小さいからである。望ましくは、個々のセンサの群から構成されるいわゆるスーパーピクセルが形成される。このようにして、Ｘ線検出器は各個々のセンサに対して単位時間当たり２つの信号を供給する。第１の信号は、複数のセンサについて同じでありうる平均線量信号である。更なる信号は、各個々のセンサから読み出され、放射線の入射量から形成された画像信号である。これらの２つの信号は、本発明による読み出し回路配置に印加される。

本発明の更なる実施例では、スーパーピクセルの平均線量信号は、読み出し回路配置中のこのスーパーピクセルに関連付けられる画像信号から差し引かれ、従って、画像信号からより小さい差信号が形成される。平均線量信号は入射放射線が置かれる値の範囲に関する印を与えるため、差信号の形成により、当該平均信号からの逸脱のみが更に処理されることが確実となる。計算ユニットは、このために設けられ得る。続いて、平均線量信号及び関連する画像信号は、読み出し回路配置に含まれるＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号へ変換される。処理されるべき画像信号の量はこのように減少される。

夫々が６４×６４のセンサから構成される放射線量測定用のスーパーピクセルを有する１０２４×１０２４の個々のセンサ又は画素からなるＸ線センサ装置では、例えば８ビットが平均線量信号を変換するのに使用されえ、８ビットが差信号を変換するのに使用されうる。従って、各画像又はフレームについては、１０２４×１０２４×８ビット及び更に平均線量信号のために１６×１６×８ビットが転送される必要があり、従って１６ビットの解像度の場合は全体で約８メガビット／フレームにすぎない。しかしながら、本発明による装置を用いない場合、１６ビットの解像度については１６メガビット／フレームが転送されねばならない。平均線量信号のためのディジタル化の値の範囲及び異なる信号のための値の範囲は、より大きいダイナミックレンジに亘るよう望ましくは数ビット重なり合い、この重なり合いは上述の数値例には考慮に入れられていない。

本発明の更なる実施例では、Ｘ線検出器の平均線量信号はＡ／Ｄ変換器の変換範囲を適合させるのに用いられる。これは、同じ信号範囲に対して同じ信号解像度を可能とし、Ｘ線検出器のダイナミックレンジを増加させる。従来技術で知られている方法では、Ｘ線検出器のダイナミックレンジは、通常は、例えば対数増幅器を用いることにより、画像信号中の非線形の外乱を受け入れている間のみ増加される。

本発明の更なる実施例では、線量信号は、読み出し回路配置中のＸ線センサ装置から読み出された画像信号を増幅させる増幅器の利得係数を調整するのに使用される。Ｘ線センサ装置のダイナミックレンジは、平均線量信号及び関連する画像信号から差信号を形成する必要なしに、増加される。更に、例えばセンサの列であるセンサ群からの線量信号を用いて、関連のある列の利得係数のみがＸ線検出器中で読み出されるよう調整することが有利に可能である。

センサ配置は、有利には薄膜技術によって実現される大面積電子回路を含む。本発明はまた、例えばＣＭＯＳ技術で実現される結晶シリコンからの電子回路を用いたセンサ装置で使用されうる。Ｘ線検出器の場合、Ｘ線量子の変換は、シンチレータによって、又は、材料を直接変換することによって行われうる。

本発明の目的は、Ｘ線管と、画像信号を発生するＸ線検出器と、読み出された画像信号を増幅し／処理するためにＸ線検出器に結合される読み出し回路配置と、放射線量を測定するようにされる少なくとも１つの線量計と、画像処理装置とを含み、線量計によって発生される線量信号は、読み出し回路配置及び／又は画像処理装置に印加されうるＸ線検査装置によっても達成される。線量信号の追加的な情報は、更なる処理中に全体画像信号に影響を与えるために画像処理ユニットに印加される。例えば、線量信号は、全体画像の粗いラスタ化された表現を生じさせうる。これは、例えば画像情報の「多解像度」分解の形成のために画像処理に有利に直接使用されうる低域通過フィルタリングされた画像情報を表わす。

本発明による読み出し回路配置に線量信号を印加することにより、即ち転送されるべき画像信号の冗長性を減少させることにより時間が節約されうる。更に、Ａ／Ｄ変換器は、より小さくなるよう、即ちより高速な変換を可能とするよう調整されてもよい。

本発明の目的は、Ｘ線画像を処理する方法であって、Ｘ線管によって発せられるＸ線は、Ｘ線画像を発生するようにされ、センサを有し、少なくとも１つの線量計に関連付けられるＸ線検出器へ導かれ、線量計はＸ線の強度を示す少なくとも１つの線量信号を発生し、線量信号は、個々のセンサの画像信号の個々のパラメータに影響を与えるため及び／又は前画像信号に影響を与えるために、画像信号と同時よりも遅くなく読み出し回路配置に印加される、方法によっても達成される。

本発明について以下図面を参照して詳述する。図１は、Ｘ線管１が、最初に患者２又は検査されるべき対象に入射し続いてＸ線検出器３に入射するＸ線を発するＸ線検査装置を示す。Ｘ線検出器３は、Ｘ線が可視光線へ変換されるレイヤ（図示せず）を含む。光線は感光センサによって検出され、感光センサにおいて電荷担体へ変換される。他の可能性によれば、入射するＸ線は電荷担体へ直接変換される。電荷担体は、画像信号として読み出し回路配置４に印加され、その中で増幅されディジタル信号へ変換される。Ｘ線検出器の多数の個々のセンサからの多数の個々の画像信号から、読み出し回路配置４は共通画像信号を発生し、これは画像処理ユニット５に印加され、その中で画像は更に処理される。画像処理ユニットによって生成される画像は、例えばモニタ６といった出力ユニットによって出力されうる。

図２は、本発明による配置を示す図である。Ｘ線検出器３は、複数のシングルセンサ（図示せず）を含み、Ｘ線検出器３はまた、線量計（やはり図示せず）に関連付けられる。シングルセンサは、Ｘ線を電荷担体へ変換し、電荷担体は画像信号Ｂ_nとして読み出し回路配置４へ印加される。線量計は、入射Ｘ線線量に比例する線量信号Ｄ_nを発生し、本発明によればやはり読み出し回路配置４に印加される。図２中、本実施例のＸ線検出器３中に複数の線量計が配置されているため、複数の線量信号Ｄ_nが発生される。検出された線量信号Ｄ_nは、その中で線量信号Ｄ_nの各線量値に利得係数が関連付けられるルックアップテーブル１８に印加される。この利得係数は、対応する線量Ｄ_nが測定された領域又は画素から生じた画像信号Ｂ_nを増幅する読み出し回路配置４中の対応する増幅器に適用される。

図３は時間図を示す。信号波形Ａは、読み出しが行われない時間枠Ａ_XRayを示す。Ａ_Readoutは、画像信号Ｂ_nが読み出される時間枠を示す。信号波形Ｂは、Ｘ線による照射が行われる時間枠Ｂ_{XRay on}を示す。残る時間Ｂ_{XRay off}では、Ｘ線管はＸ線を発しない。信号波形Ｃは、線量信号Ｄ_nが時間枠Ａ_XRay内のＸ線照射の時間の関数として上昇することを示す。線量信号は、照射中に既に、また、読み出しの前に、利用可能である。信号波形Ｄは、時間枠Ａ_Readout内で画素の画像信号Ｂ_nが読み出される時点を示す。

図４は、Ｘ線検出器３の詳細を示す図である。Ｘ線検出器は、複数のシングルセンサ又は画素を含む。明瞭性のため、１つのセンサ３９のみを明示的に示す。図示の詳細は、全部で１６個のセンサを含む。各センサは、線量計４２及び切換ユニット４３を含み、センサはまた、感光又はＸ線感応素子６７と、電荷担体収集素子６５（図示せず）とを含む。行制御ユニット４０は、発生される電荷担体が、画像信号Ｂ₁乃至Ｂ₄として読み出し導線４５を介して増幅器４へ印加され、続いて読み出し回路配置４へ印加されうるよう、制御導線４６を介して毎回一行のセンサを制御する。各センサ中のＸ線線量は、線量計４２によって照射時間に亘って測定される。本実施例では、４つずつの近傍のセンサからの線量信号が結合され平均が取られる。４つずつのセンサの平均線量信号Ｄ_nは、読み出し導線４７乃至５０を介して増幅器４４へ印加される。このように発生された線量信号Ｄ₁乃至Ｄ₄は、読み出し回路配置４へ印加され、当該増幅器４４は読み出し回路配置の一部を成す。

図５は、脚がＸ線撮影されている患者２を示す。形成されるＸ線画像５３は、直接照射された領域５１と、Ｘ線が患者によって減衰されている領域５２とを含む。この領域５２はまた、関心領域（ＲＯＩ）とも称される。領域５１中に配置されるセンサは、領域５２中に配置されるセンサとは異なり、非常に高い線量の信号を有する。閾値を用いて、読み出し回路配置中の増幅器は線量信号が閾値を越える全ての画像信号についてスイッチオフされえ、又は対応する画像信号の増幅は禁止されうる。結果として、実際に関心となる画像領域のみが、偽りの過剰照射された領域が表示されることなしに、更に増幅され表示される。

図６は、シングルセンサ３９を示す。このセンサは、感光又はＸ線感応素子６７、電荷担体収集素子として作用するキャパシタ６５、及び切換トランジスタ６３を含む。キャパシタ６２は、線量計として設けられる。制御導線は、キャパシタ６５中に収集された電荷担体が読み出し導線４５を介して読み出されうるよう切換トランジスタ６３を制御する。線量信号は、接合６６上に存在し、そこから読み出し導線（図示せず）を介して直接読み出されうる。しかしながら、図４に示すように、平均化されるよう他のセンサからの線量信号と組み合わされてもよい。

Ｘ線検査装置を示す図である。本発明による装置を示す図である。Ｘ線照射、線量信号、及び画像信号を示す時間図である。線量計を有するセンサを詳細に示す図である。過剰照射領域及び関心領域（ＲＯＩ）を示す図である。センサ素子の実施例を示す図である。

Claims

放射線源と画像信号を形成する放射線センサ装置とを含む装置であって、前記放射線センサ装置は、読み出された画像信号の増幅／処理用の読み出し回路配置に結合され、放射線量を測定するようにされる少なくとも１つの線量計が更に設けられ、
前記線量計によって発生される少なくとも１つの線量信号は少なくとも前記読み出し回路配置に印加されうる、装置。
前記線量計は前記放射線センサ装置に統合されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記放射線センサ装置は複数のシングルセンサから構成されることを特徴とする、請求項２記載の装置。
少なくとも１つの線量計は前記放射線センサ装置の少なくとも１つのセンサに結合されることを特徴とする、請求項３記載の装置。
少なくとも１つの線量計はセンサ群からそれぞれ線量信号を発生すること、及び、前記センサ群によって形成される画像信号に対して影響を与えるのは読み出し回路配置内で群毎に行われることを特徴とする、請求項４記載の装置。
前記線量信号は、前記放射線センサ装置の画像信号と同時よりも遅くなることなく前記読み出し回路配置に印加されうることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記読み出し回路配置のパラメータは、前記線量信号によって影響が与えられうることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記センサの画像信号のパラメータは前記線量信号に基づいて変更されうることを特徴とする、請求項７記載の装置。
前記放射線センサ装置の全画像信号は前記線量信号に基づいて変更されうることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記画像信号は、前記線量信号の閾値を越えたか、閾値に達していないかに基づいて、前記読み出し回路配置へ印加されうることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記放射線センサ装置中で、前記線量計によって発生された前記線量信号から少なくとも２つのシングルセンサに対して少なくとも１つの平均線量信号が形成されうることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記読み出し回路配置中で、センサの線量信号は当該センサに関連付けられる画像信号から減算されえ、結果として得られる差信号は更なる処理を受けることを意図したものであることを特徴とする、請求項１記載の装置。
前記放射線源はＸ線管として構築され、前記放射線センサ装置はＸ線検出器として構築されることを特徴とする、請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の装置。
Ｘ線管と、画像信号を発生するＸ線検出器と、読み出された画像信号を増幅し／処理するために前記Ｘ線検出器に結合される読み出し回路配置と、放射線量を測定するようにされる少なくとも１つの線量計と、画像処理装置とを含む、Ｘ線検査装置であって、
前記線量計によって発生される線量信号は、前記読み出し回路配置及び／又は前記画像処理装置に印加されうることを特徴とするＸ線検査装置。
Ｘ線画像を処理する方法であって、
Ｘ線管によって発せられるＸ線は、Ｘ線画像を発生するようにされ、センサを有し、少なくとも１つの線量計に関連付けられるＸ線検出器へ導かれ、前記線量計はＸ線の強度を示す少なくとも１つの線量信号を発生し、前記線量信号は、個々のセンサの画像信号の個々のパラメータに影響を与えるため及び／又は前画像信号に影響を与えるために、前記画像信号と同時よりも遅くなく読み出し回路配置に印加される、方法。