JP2006020714A - 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】 放射線画像を精度良く得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】 検出されたＸ線検出信号に対してディジタル化を行って画素の信号レベルを求めるＡ／Ｄ変換器について、そのＡ／Ｄ変換器が有するデータ範囲（14bit幅）を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定する（ステップＴ４）。信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを別の信号レベルに置き換える（ステップＴ５）。その結果、その置き換えられた信号レベルによってＸ線画像を求めれば、Ｘ線画像を精度良く得ることができる。
【選択図】 図１１

Description

この発明は、被検体を照射して検出された放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る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、画素の信号レベルを補正する技術に関する。

放射線撮像装置の例としてＸ線を検出してＸ線画像を得るＸ線透視撮影装置は、Ｘ線を検出するＸ線検出器を備えている。Ｘ線検出器は、この検出器の検出面に入射されたＸ線に対応するＸ線検出信号を出力する。そして、このＸ線検出信号をＡ／Ｄ変換器はディジタル化して、画素の信号レベル（以下、信号レベルを『画素値』と呼ぶ）を求める（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−０１４７５５号公報（第２−４頁、図２，４）

しかしながら、Ａ／Ｄ変換器にはデータ範囲の限度があり、例えば14bit幅だと0〜16383までのディジタル値しか出力できない。したがって、このデータ範囲を超えた場合、すなわちオーバーフローを起こした場合には、Ａ／Ｄ変換器によってディジタル化された画素値（信号レベル）はオーバーフローを起こしたものについては全て最大値16383となる。

このように、オーバーフローによる過剰分は除外された状態でＡ／Ｄ変換器によってディジタル化されてしまう。したがって、Ａ／Ｄ変換器によってディジタル化されて出力される時点で、本来ならば出力されるべき信号レベルが過剰分として除外される。実際には各画素毎にオフセット値、ゲイン補正係数が異なるので、オーバーフロー値もばらつくが、いずれにしても真値に対して過小評価された値のままで画素値はＡ／Ｄ変換器で出力されてしまう。その結果、Ｘ線画像を精度良く得ることができない。

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、放射線画像を精度良く得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。

この発明は、このような目的を達成するために、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を備え、放射線検出手段から検出された放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る放射線撮像装置であって、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段と、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定するオーバーフロー判定手段と、そのオーバーフロー判定手段によって信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに置き換える信号レベル置換手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段について、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かをオーバーフロー判定手段が判定する。そのオーバーフロー判定手段によって信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに信号レベル置換手段が置き換える。その結果、その置き換えられた信号レベルによって放射線画像を求めれば、放射線画像を精度良く得ることができる。

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、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段について、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定し、信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに置き換え、その置き換えられた信号レベルによって放射線画像を得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、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段について、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定する。そして、信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに置き換える。その結果、その置き換えられた信号レベルによって放射線画像を求めれば、放射線画像を精度良く得ることができる。

各発明（請求項１、請求項５に記載の発明）の好ましい一例は、真値に置き換えられた信号レベルに対して時間遅れ分を除去することである（請求項２、請求項６に記載の発明）。時間遅れ分が除去された信号レベルによって放射線画像を求めれば、時間遅れ分をも考慮した放射線画像を精度良く得ることができる。

また、オーバーフロー判定手段によるオーバーフローの判定のために用いられる閾値を予め記憶する閾値記憶手段を備えるのが好ましい（請求項３に記載の発明）。閾値記憶手段を備えることで、閾値に基づいてオーバーフロー判定手段によるオーバーフローの判定をより適切に行うことができる。

また、信号レベル置換手段による信号レベルの置き換えに用いられる上述した真値を、オーバーフローしない条件で予め求められた放射線の線量と放射線検出信号との相関関係に基づく、線量に対応した放射線検出信号によって求めるのが好ましい（請求項４に記載の発明）。オーバーフローしない条件において放射線の線量に対応した放射線検出信号によって真値を求めることで、放射線画像をより一層精度良く求めることができる。

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、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段について、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定する。そして、信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに置き換える。その結果、その置き換えられた信号レベルによって放射線画像を求めれば、放射線画像を精度良く得ることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。

図１は、実施例に係るＸ線透視撮影装置のブロック図であり、図２は、Ｘ線透視撮影装置に用いられている側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図３は、平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路であり、図４は、Ｘ線透視撮影装置の画像処理部およびメモリ部の具体的なブロック図である。本実施例では、放射線検出手段としてフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）を例に採るとともに、放射線撮像装置としてＸ線透視撮影装置を例に採って説明する。

本実施例に係るＸ線透視撮影装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１と、その被検体Ｍに向けてＸ線を照射するＸ線管２と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＦＰＤ３とを備えている。Ｘ線管２は、この発明における放射線照射手段に相当し、ＦＰＤ３は、この発明における放射線検出手段に相当する。

Ｘ線透視撮影装置は、他に、天板１の昇降および水平移動を制御する天板制御部４や、ＦＰＤ３の走査を制御するＦＰＤ制御部５や、Ｘ線管２の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部６を有するＸ線管制御部７や、ＦＰＤ３から電荷信号であるＸ線検出信号をディジタル化して取り出すＡ／Ｄ変換器８や、Ａ／Ｄ変換器８から出力されたＸ線検出信号に基づいて種々の処理を行う画像処理部９や、これらの各構成部を統括するコントローラ１０や、処理された画像や後述する各種のテーブルなどを記憶するメモリ部１１や、オペレータが入力設定を行う入力部１２や、処理された画像などを表示するモニタ１３などを備えている。

天板制御部４は、天板１を水平移動させて被検体Ｍを撮像位置にまで収容したり、昇降、回転および水平移動させて被検体Ｍを所望の位置に設定したり、水平移動させながら撮像を行ったり、撮像終了後に水平移動させて撮像位置から退避させる制御などを行う。ＦＰＤ制御部５は、ＦＰＤ３を水平移動させたり、被検体Ｍの体軸の軸心周りに回転移動させることによる走査に関する制御などを行う。高電圧発生部６は、Ｘ線を照射させるための管電圧や管電流を発生してＸ線管２に与え、Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管２を水平移動させたり、被検体Ｍの体軸の軸心周りに回転移動させるによる走査に関する制御や、Ｘ線管３側のコリメータ（図示省略）の照視野の設定の制御などを行う。なお、Ｘ線管２やＦＰＤ３の走査の際には、Ｘ線管２から照射されたＸ線をＦＰＤ３が検出できるようにＸ線管２およびＦＰＤ３が互いに対向しながらそれぞれの移動を行う。

コントローラ１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、メモリ部１１は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部１２は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。Ｘ線透視撮影装置では、被検体Ｍを透過したＸ線をＦＰＤ３が検出して、検出されたＸ線に基づいて画像処理部９で画像処理を行うことで被検体Ｍの撮像を行う。

なお、画像処理部９は、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換器８が有するデータ範囲である14bit幅を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否か判定するオーバーフロー判定部９ａと、信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを別の値の信号レベルに置き換える信号レベル置換部９ｂと、置き換えられた信号レベルに対して時間遅れ分を除去する時間遅れ除去部９ｃとを備えており、メモリ部１１は、オーバーフローの判定のために用いられる閾値を記憶した閾値テーブル１１ａと、図６に示す相関関係を記憶した線量・信号テーブル１１ｂとを備えている。

オーバーフロー判定部９ａや信号レベル置換部９ｂや時間遅れ除去部９ｃも、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、閾値テーブル１１ａや線量・信号テーブル１１ｂも、記憶媒体などで構成されている。オーバーフロー判定部９ａや信号レベル置換部９ｂや時間遅れ除去部９ｃや閾値テーブル１１ａや線量・信号テーブル１１ｂの具体的な機能については図５〜図９の各図や図１０〜図１３のフローチャートで後述する。オーバーフロー判定部９ａは、この発明におけるオーバーフロー判定手段に相当し、信号レベル置換部９ｂは、この発明における信号レベル置換手段に相当し、時間遅れ除去部９ｃは、この発明における時間遅れ除去手段に相当し、閾値テーブル１１ａは、この発明における閾値記憶手段に相当する。

ＦＰＤ３は、図２に示すように、ガラス基板３１と、ガラス基板３１上に形成された薄膜トランジスタＴＦＴとから構成されている。薄膜トランジスタＴＦＴについては、図２、図３に示すように、縦・横式２次元マトリクス状配列でスイッチング素子３２が多数個（例えば、1024個×1024個）形成されており、キャリア収集電極３３ごとにスイッチング素子３２が互いに分離形成されている。すなわち、ＦＰＤ３は、２次元アレイ放射線検出器でもある。

図２に示すようにキャリア収集電極３３の上にはＸ線感応型半導体３４が積層形成されており、図２、図３に示すようにキャリア収集電極３３は、スイッチング素子３２のソースＳに接続されている。ゲートドライバ３５からは複数本のゲートバスライン３６が接続されているとともに、各ゲートバスライン３６はスイッチング素子３２のゲートＧに接続されている。一方、図３に示すように、電荷信号を収集して１つに出力するマルチプレクサ３７には増幅器３８を介して複数本のデータバスライン３９が接続されているとともに、図２、図３に示すように各データバスライン３９はスイッチング素子３２のドレインＤに接続されている。

図示を省略する共通電極にバイアス電圧を印加した状態で、ゲートバスライン３６の電圧を印加（または０Ｖに）することでスイッチング素子３２のゲートがＯＮされて、キャリア収集電極３３は、検出面側で入射したＸ線からＸ線感応型半導体３４を介して変換された電荷信号（キャリア）を、スイッチング素子３２のソースＳとドレインＤとを介してデータバスライン３９に読み出す。なお、スイッチング素子がＯＮされるまでは、電荷信号はキャパシタ（図示省略）で暫定的に蓄積されて記憶される。各データバスライン３９に読み出された電荷信号を増幅器３８で増幅して、マルチプレクサ３７で１つの電荷信号にまとめて出力する。出力された電荷信号をＡ／Ｄ変換器８でディジタル化してＸ線検出信号として出力する。

なお、Ａ／Ｄ変換器８でディジタル化されたＸ線検出信号を、本明細書では『画素の信号レベル』（以下、単に『信号レベル』と略記する）あるいは『画素値』と定義する。また、本実施例ではＡ／Ｄ変換器８は、14bit幅のデータ範囲を有しており、0〜16383までのディジタル値を出力する。したがって、このデータ範囲を超えた場合、すなわちオーバーフローを起こした場合には、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル化された信号レベルはオーバーフローを起こしたものについては全て最大値16383となる。Ａ／Ｄ変換器８は、この発明における信号処理手段に相当する。

次に、本実施例装置におけるオーバーフロー判定部９ａや信号レベル置換部９ｂや時間遅れ除去部９ｃや閾値テーブル１１ａや線量・信号テーブル１１ｂによる一連の信号処理について、図５〜図９の各図や図１０〜図１３のフローチャートを参照して説明する。

図５は、オーバーフローの判定のために用いられる閾値を求める説明図であり、図６は、アンプ倍率が1倍のときにおけるＸ線の線量とＸ線検出信号との相関関係を模式的に示したグラフであり、図７は、置き換えられた信号レベル（画素値）のサンプリング状況を示す模式図であり、図８は、Ｘ線入射状況を示す図であり、図９は、時間遅れ状況を示す図であり、図１０は、図６の相関関係を求める一連の処理を示すフローチャートであり、図１１は、本実施例装置におけるオーバーフロー判定部９ａや信号レベル置換部９ｂや閾値テーブル１１ａや線量・信号テーブル１１ｂによる一連の信号処理を示すフローチャートであり、図１２は、本実施例装置における時間遅れ除去部９ｃによる一連の信号処理を示すフローチャートであり、図１３は、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。

まず、アンプ倍率が1倍のときにおけるＸ線の線量とＸ線検出信号との相関関係について、図６および図１０を参照して説明する。

（ステップＳ１）Ｘ線管２のアンプ（図示省略）についてアンプ倍率を１倍に設定する。この設定は、入力部１２から設定データを入力し、コントローラ１０を介してＸ線管制御部７の高電圧発生部６に与えることで行われる。このアンプ倍率を１倍に設定することで、Ａ／Ｄ変換器８で出力された信号レベル（画素値）はオーバーフローを起こさない。したがって、オーバーフローをしない条件であれば、アンプ倍率は必ずしも１倍に限定されず、１倍よりも大きくてもよいし、１倍よりも小さくてもよい。なお、Ｘ線の線量とＸ線検出信号との相関関係を求めるためにアンプ倍率を１倍に設定したが、通常のＸ線撮影の場合にはアンプ倍率を高く設定する。本実施例のＸ線撮影では、後述する説明から明らかなようにアンプ倍率を３０倍に設定する。

（ステップＳ２）アンプ倍率を１倍に設定した状態でＸ線管２から照射されるＸ線の線量を設定する。この設定については、管電圧や管電流などに関する設定データを入力部１２から入力し、同じく高電圧発生部６に与えることで行えばよい。設定された線量を、コントローラ１０を介してメモリ部１１の線量・信号テーブル１１ｂに書き込んで記憶する。なお、線量の設定に限定されず、Ｘ線管２から照射されたＸ線の線量を線量計（図示省略）で測定して、線量計の測定による実際に照射された線量を線量・信号テーブル１１ｂに記憶してもよい。

設定した線量の条件でＸ線管２からＸ線を照射してＦＰＤ３でＸ線を検出する。

（ステップＳ３）検出されたＸ線検出信号をＡ／Ｄ変換器８でディジタル化して、ディジタル化された信号（信号レベル）を１画素分毎に読み出す。なお、アンプ倍率を１倍に設定しているので、ディジタル化されたＸ線検出信号（信号レベル）は14bit幅のデータ範囲を超えることなく、すなわちオーバーフローを起こすことなく、16383未満のディジタル値で出力される。

（ステップＳ４）この読み出された１画素分のＸ線検出信号を、コントローラ１０を介して線量・信号テーブル１１ｂに記憶するとともに、ステップＳ２で記憶された線量に対応させて相関関係に関するテーブルを作成する。

（ステップＳ５）ステップＳ２で設定された線量の条件の下で、全ての画素について、線量とＸ線検出信号との相関関係を線量・信号テーブル１１ｂに記憶すれば、次のステップＳ６に進み、全ての画素について記憶していなければ、ステップＳ３に戻って１画素分づつ繰り返す。

（ステップＳ６）図６のグラフを作成するために、線量を複数回に設定する必要がある。そこで、予め決められた回数にまで線量を設定したか否かを判断する。もし、全ての線量について相関関係を線量・信号テーブル１１ｂに記憶していなければ、ステップＳ２に戻って新たなる値で線量を設定する。全ての線量について記憶していれば、相関関係を求める一連の処理を終了する。それぞれに設定された各線量に対応してＸ線検出信号が記憶されるので、図６に示すような相関関係が作成される。

続いて、オーバーフローの判定のために用いられる閾値について、図５を参照して説明するとともに、オーバーフロー判定部９ａや信号レベル置換部９ｂや閾値テーブル１１ａや線量・信号テーブル１１ｂによる一連の信号処理について、図５、図６、図１１を参照して説明する。なお、この一連の信号処理は、時間遅れ除去部９ｃによって時間遅れを除去する信号処理（ラグ補正）までの処理である。

（ステップＴ１）Ｘ線管２のアンプ倍率を３０倍に設定する。このアンプ倍率を３０倍に設定することで、Ａ／Ｄ変換器８で出力された信号レベル（画素値）がオーバーフローを起こす可能性がでる。

（ステップＴ２）アンプ倍率を３０倍に設定した状態でＸ線管２から照射されるＸ線の線量を設定する。設定した線量の条件でＸ線管２からＸ線を照射してＦＰＤ３でＸ線を検出する。

（ステップＴ３）検出されたＸ線検出信号をＡ／Ｄ変換器８でディジタル化して、ディジタル化された信号レベル（画素値）を１画素分毎に読み出す。なお、アンプ倍率を３０倍に設定しているので、信号レベルは14bit幅のデータ範囲を超える、すなわちオーバーフローを起こす可能性があり、オーバーフローを起こしたものについては全て最大値16383のディジタル値で出力される。なお、実際には、各画素毎にオフセット値、ゲイン補正係数を有しており、これらのオフセット値、ゲイン補正係数が各画素毎に異なるので、オーバーフローを起こす閾値、すなわちオーバーフローの判定のために用いられる閾値も16383でなく、画素毎にバラツキがある。

（ステップＴ４）Ａ／Ｄ変換器８でディジタル化された信号レベル（画素値）が、閾値と同じであるか否かをオーバーフロー判定部９ａが判定する。閾値と同じであれば、その信号レベルはオーバーフローを起こしたとオーバーフロー判定部９ａは判定する。画素毎の閾値を求めるには、図５に示すように行う。すなわち、Ａ／Ｄ変換器８のデータ範囲である14bit幅をＳ_totalとし、オフセット値をＳ_offsetとし、増幅器３８（図３を参照）のゲインを調節して出力側をそろえるキャリブレーション（校正）を行うために用いられるゲイン補正係数をGainとし、オーバーフローの判定のために用いられる閾値をＳ_overflowとすると、閾値Ｓ_overflowは下記（１）式により求まる。

Ｓ_overflow＝（Ｓ_total−Ｓ_offset）×Gain …（１）
図５（ａ）に示すように、14bit幅Ｓ_totalからオフセット値Ｓ_offsetを減算して、その減算された値を、図５（ｂ）に示すように、ゲイン補正係数Gainで乗じると閾値Ｓ_overflowが求まる。閾値Ｓ_overflowを画素毎に求めればよい。

オーバーフローを起こしたと判定すれば、置き換えを行うべく次のステップＴ５に進み、オーバーフローを起こしていないと判定すれば、ステップＴ５をスキップしてステップＴ６に進む。

（ステップＴ５）ステップＴ４で信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを信号レベル置換部９ｂは別の値の信号レベルに置き換える。別の値としては、予測される真値になるように設定すればよい。本実施例では、オーバーフローしない条件であるＸ線管２のアンプ倍率が１倍のときにおける線量とＸ線検出信号との相関関係（図６を参照）に基づいて置き換えを行う。

具体的に説明すると、ステップＴ２で設定された線量と同じ線量を図６のグラフに当てはめる。すると、図６の点線に示すようにその線量に対応したＸ線検出信号を求めることができる。このＸ線検出信号はアンプ倍率が１倍のときであるので３０倍にする。３０倍になった信号を置き換えの対象として、判定された信号レベルを、図６のＸ線検出信号を３０倍にしたＸ線検出信号（信号レベル）に置き換える。この置き換えられた信号レベルが予測される真値となる。

（ステップＴ６）全ての画素について、オーバーフローの判定および置き換えを行っていれば、図１２のフローに進み、全ての画素について行っていなければ、ステップＴ４に戻って１画素分づつ繰り返す。

続いて、時間遅れ除去部９ｃによる一連の信号処理について、図７〜図９、図１２を参照して説明する。なお、この一連の信号処理はラグ補正に関するものであって、後述する図１３も含めたこのラグ補正では、上述したステップＴ１〜Ｔ６の処理を経た信号レベル（画素値）を用いている。ラグ補正では、ステップＴ５で置き換えられた信号レベルも含めてステップＴ１〜Ｔ６の処理を経た信号レベルについては、文言を『画素値』で統一して、以下の説明を行う。

ステップＴ５で置き換えられた画素値も含めてステップＴ１〜Ｔ６の処理を経た画素値は、信号レベル置換部９ｂ（図４を参照）から時間遅れ除去部９ｃ（図４を参照）へ、図７に示すようにサンプリング時間間隔Δｔで収集される。

また、図８に示すように、時間ｔ０〜ｔ１の間にＸ線が入射されると、本来の画素値に、図９に斜線で示す時間遅れ分が加わって、画素値は図９中に太線で示すものとなる。つまり、ＦＰＤ３の場合、図９に示すように、各時刻でのＸ線検出信号には、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。そして、その結果が画素値にまで及んでしまう。そこで、この時間遅れ分を時間遅れ除去部９ｃは除去して時間遅れのない画素値に出力する。

具体的に時間遅れ除去部９ｃは、各画素値から時間遅れ分を除去する再帰的演算処理を、下記（２）〜（４）式により行う。

Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n )・Ｓ_nk］…（２）
Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …（３）
Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)…（４）
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画素値
Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後画素値
Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_nk
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
式（２）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、本実施例では、時間遅れ分を除去した補正後画素値Ｘ_k が（２）〜（４）式という簡潔な漸化式によって速やかに求められる。

（ステップＵ１）Ｘ線未照射の状態でＦＰＤ３はＸ線を検出して、検出されたＸ線検出信号をＡ／Ｄ変換器８でディジタル化して、ディジタル化された信号レベルを読み出す。この場合には、Ｘ線が未照射の状態であるのでオーバーフローを起こすことなく、信号レベルについては置き換えが行われず、ディジタル化された信号レベルが、ラグ補正の対象である画素値となる。そして、サンプリング時間間隔Δｔ（＝１／３０秒）で信号レベル置換部９ｂから時間遅れ除去部９ｃへＸ線照射前のＸ線画像１枚分の画素値Ｙ_k を収集する。

（ステップＵ２）Ｘ線を連続ないし断続的に被検体Ｍに照射すると、ＦＰＤ３はＸ線を検出して、検出されたＸ線検出信号をＡ／Ｄ変換器８でディジタル化して、ディジタル化された信号レベルを読み出す。この場合には、オーバーフローを起こす可能性があるので、上述したステップＴ１〜Ｔ６の処理を経る。オーバーフローを起こしたときにはステップＴ５で置き換えられた画素値が、オーバーフローを起こさないときにはディジタル化された信号レベルが、ラグ補正の対象である画素値にそれぞれなる。そして、サンプリング時間間隔Δｔで信号レベル置換部９ｂから時間遅れ除去部９ｃへＸ線画像１枚分の画素値Ｙ_k を収集する。

（ステップＵ３）Ｘ線照射が終了すれば次のステップＵ４に進み、Ｘ線照射が終了していなければステップＵ２に戻る。

（ステップＵ４）時間遅れ除去部９ｃは１回のサンプリングで収集されたＸ線画像１枚分の画素値Ｙ_k を読み出す。

（ステップＵ５）時間遅れ除去部９ｃは（２）〜（４）式による再帰的演算処理を行い、各画素値Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後画素値Ｘ_k を求める。この補正後画素値Ｘ_kを求めることで、ステップＴ１〜Ｔ６の処理を経た画素値に関するラグ補正が行われることになる。

（ステップＵ６）画像処理部９は、１回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後画素値Ｘ_k に基づいてＸ線画像を作成する。

（ステップＵ７）作成したＸ線画像をモニタ１３に表示する。

（ステップＵ８）未処理の画素値Ｙ_k が残っていれば、ステップＵ４に戻り、未処理の画素値Ｙ_k が残っていなければ、Ｘ線撮影を終了する。

続いて、図１２におけるステップＵ５の時間遅れ除去部９ｃによる再帰的演算処理について、図１３を参照して説明する。

（ステップＶ１）（２）式、（４）式でｋ＝０とセットする。（２）式のＸ₀ ＝０，（４）式のＳ_n0＝０をＸ線照射前の初期値として全てセットする。指数関数の数が３個（Ｎ＝３）の場合は、Ｓ₁₀，Ｓ₂₀，Ｓ₃₀を全て０にセットする。

（ステップＶ２）（２）式、（４）式でｋ＝１とセットする。（４）式、つまりＳ_n1＝Ｘ₀ ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n0にしたがってＳ₁₁，Ｓ₂₁，Ｓ₃₁を求める。さらに、求められたＳ₁₁，Ｓ₂₁，Ｓ₃₁と画素値Ｙ₁ を（２）式に代入することで補正後画素値Ｘ₁ を算出する。

（ステップＶ３）（２）、（４）式でｋを１だけ増加（ｋ＝ｋ＋１）した後、（４）式に１時点前のＸ_k-1 を代入してＳ_1k，Ｓ_2k，Ｓ_3kを求める。さらに、求められたＳ_1k，Ｓ_2k，Ｓ_3kと画素値Ｙ_k を（２）式に代入することで補正後画素値Ｘ_k を算出する。

（ステップＶ４）未処理の画素値Ｙ_k があれば、ステップＶ３に戻り、未処理の画素値Ｙ_k がなければ、次のステップＶ５に進む。

（ステップＶ５）１回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後画素値Ｘ_k を算出し、１回の撮影分についての再帰的演算処理が終了となる。

以上のように構成された本実施例装置によれば、検出されたＸ線検出信号に対して所定の処理であるディジタル化を行って画素の信号レベルを求めるＡ／Ｄ変換器８について、そのＡ／Ｄ変換器８が有するデータ範囲（14bit幅）を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かをオーバーフロー判定部９ａが判定する。そのオーバーフロー判定部９ａによって信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに信号レベル置換部９ｂが置き換える。その結果、その置き換えられた信号レベルによってＸ線画像を求めれば、Ｘ線画像を精度良く得ることができる。

本実施例では、信号レベル置換部９ｂによる信号レベルの置き換えに用いられる上述した真値を、オーバーフローしない条件で予め求められたＸ線の線量とＸ線検出信号との相関関係（図６を参照）に基づく、線量に対応したＸ線検出信号によって求める。オーバーフローしない条件は、本実施例ではＸ線管２のアンプ倍率が１倍のときである。そして、ステップＴ２で設定された線量に対応したＸ線検出信号を図６のグラフから求めるとともに、そのＸ線検出信号を３０倍にした信号を置き換えの対象にする。

本実施例では、オーバーフロー判定部９ａによるオーバーフローの判定のために用いられる閾値を予め記憶する閾値テーブル１１ａを備えている。閾値テーブル１１ａを備えることで、閾値に基づいてオーバーフロー判定部９ａによるオーバーフローの判定をより適切に行うことができる。この閾値については、各画素毎に（１）式によって予め求められる。

また、ステップＴ１〜Ｔ６の処理を経た信号レベルに対して、すなわち画素値に対して時間遅れ分を除去するラグ補正（図１２、図１３のフローを参照）を行えば、時間遅れ分をも考慮したＸ線画像を精度良く得ることができる。

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）上述した実施例では、図１に示すようなＸ線透視撮影装置を例に採って説明したが、この発明は、例えばＣ型アームに配設されたＸ線透視撮影装置にも適用してもよい。また、この発明は、Ｘ線ＣＴ装置にも適用してもよい。

（２）上述した実施例では、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）３を例に採って説明したが、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）などに代表されるＸ線検出器であってもよい。

（３）上述した実施例では、Ｘ線を検出するＸ線検出器を例に採って説明したが、この発明は、ＥＣＴ（Emission Computed Tomography）装置のように放射性同位元素（ＲＩ）を投与された被検体から放射されるγ線を検出するγ線検出器に例示されるように、放射線を検出する放射線検出器であれば特に限定されない。同様に、この発明は、上述したＥＣＴ装置に例示されるように、放射線を検出して撮像を行う装置であれば特に限定されない。

（４）上述した実施例では、ＦＰＤ３は、放射線（実施例ではＸ線）感応型の半導体を備え、入射した放射線を放射線感応型の半導体で直接的に電荷信号に変換する直接変換型の検出器であったが、放射線感応型の替わりに光感応型の半導体を備えるとともにシンチレータを備え、入射した放射線をシンチレータで光に変換し、変換された光を光感応型の半導体で電荷信号に変換する間接変換型の検出器であってもよい。

（５）上述した実施例では、図１１のステップＴ１〜Ｔ６の処理を経て、図１２、図１３のラグ補正（時間遅れ分の除去）を行ったが、必ずしもラグ補正を行う必要はない。

（６）上述した実施例では、（２）〜（４）式による再帰的演算処理を用いて、ラグ補正を行ったが、通常において用いられるラグ補正であれば特に限定されない。例えば、重み付けと再帰的演算処理とを組み合わせたリカーシブフィルタを用いてラグ補正を行ってもよい。

（７）上述した実施例では、オーバーフローを起こす信号処理手段として、Ａ／Ｄ変換器８を例に採って説明したが、検出された放射線（Ｘ線）検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求めるものであれば、この発明における信号処理手段は、Ａ／Ｄ変換器８に限定されない。例えば、画像処理部９が有するデータ範囲を超えた場合、オーバーフローを起こすとして、信号レベルの置き換えを行ってもよい。なお、上述した実施例では、Ａ／Ｄ変換器８が14bit幅のデータ範囲を有するのに対して、それよりも大きい32bit幅あるいは64bit幅のデータ範囲を画像処理部９は有している。したがって、上述した実施例では、画像処理部９においてはオーバーフローを起こさない。

（８）上述した実施例では、線量と放射線（Ｘ線）検出信号とをそれぞれ対応させて、線量と放射線検出信号との相関関係（図６を参照）を線量・信号テーブル１１ｂに記憶したが、図６のグラフを近似曲線で近似して、近似した式をメモリ部１１にプログラムとして記憶させて、ステップＴ５の置き換えのたびに、そのプログラムを起動させて、線量に対応した信号レベルを求めてもよい。

（９）上述した実施例では、オーバーフローの判定のために用いられる閾値を画素毎に予め求めて各画素毎にオーバーフローの判定を行ったが、多少の誤差があるものの一定値を、全画素の共通の閾値として用いて、各画素毎にオーバーフローの判定を行ってもよい。

（１０）上述した実施例では、信号レベルの置き換えに用いられる真値を、オーバーフローしない条件で予め求められた線量と放射線（Ｘ線）検出信号との相関関係に基づく、線量に対応した放射線検出信号によって求めたが、予測される真値であれば、これに限定されない。例えば、相関関係などのデータを事前に求めない場合には、オーバーフローの判定のために用いられる閾値よりも大きな値を、信号レベルの置き換えに用いれば、閾値よりも大きな値は、閾値と比較すると真値に対して近くなるので、従来と比較して放射線画像を精度良く得ることができる。

実施例に係るＸ線透視撮影装置のブロック図である。 Ｘ線透視撮影装置に用いられている側面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。 平面視したフラットパネル型Ｘ線検出器の等価回路である。 Ｘ線透視撮影装置の画像処理部およびメモリ部の具体的なブロック図である。 （ａ），（ｂ）は、オーバーフローの判定のために用いられる閾値を求める説明図である。 アンプ倍率が1倍のときにおけるＸ線の線量とＸ線検出信号との相関関係を模式的に示したグラフである。 置き換えられた信号レベル（画素値）のサンプリング状況を示す模式図である。 Ｘ線入射状況を示す図である。 時間遅れ状況を示す図である。 図６の相関関係を求める一連の処理を示すフローチャートである。 本実施例装置におけるオーバーフロー判定部や信号レベル置換部や閾値テーブルや線量・信号テーブルによる一連の信号処理を示すフローチャートである。 本実施例装置における時間遅れ除去部による一連の信号処理を示すフローチャートである。 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。

符号の説明

２ … Ｘ線管
３ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
８ … Ａ／Ｄ変換器
９ａ … オーバーフロー判定部
９ｂ … 信号レベル置換部
９ｃ … 時間遅れ除去部
１１ａ … 閾値テーブル
Ｍ … 被検体

Claims (6)

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を備え、放射線検出手段から検出された放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る放射線撮像装置であって、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段と、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定するオーバーフロー判定手段と、そのオーバーフロー判定手段によって信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに置き換える信号レベル置換手段とを備え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、前記信号レベル置換手段によって前記真値に置き換えられた信号レベルに対して時間遅れ分を除去する時間遅れ除去手段を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線撮像装置において、前記オーバーフロー判定手段によるオーバーフローの判定のために用いられる閾値を予め記憶する閾値記憶手段を備え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、前記信号レベル置換手段による信号レベルの置き換えに用いられる前記真値は、オーバーフローしない条件で予め求められた放射線の線量と放射線検出信号との相関関係に基づく、線量に対応した放射線検出信号によって求められ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、検出された放射線検出信号に対して所定の処理を行って画素の信号レベルを求める信号処理手段について、その信号処理手段が有するデータ範囲を超えるオーバーフローを信号レベルが起こしたか否かを判定し、信号レベルがオーバーフローを起こしたと判定された場合に、その判定された信号レベルを予測される真値の信号レベルに置き換え、その置き換えられた信号レベルによって放射線画像を得ることを特徴とする放射線検出信号処理方法。
6. 請求項５に記載の放射線検出信号処理方法において、前記真値に置き換えられた信号レベルに対して時間遅れ分を除去して、時間遅れ分が除去された信号レベルによって放射線画像を得ることを特徴とする放射線検出信号処理方法。
   

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