JP2006204740A - 放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法 - Google Patents

放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 今後の撮像における対応を簡易にとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明す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】 欠損画素を検出し(ステップS1)、その欠損画素が、今回で新たに発生・検出された画素で、過去に検出された既存の欠損画素に近接する、またはその既存の欠損画素に依存しないか否かを判定する(ステップS2〜S4)。もし、新たに検出された画素であれば、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として、その検出された画素を区別する(ステップS5a,5b)。このように、既存の欠損画素に近接した欠損画素と、既存の欠損画素に依存しない欠損画素とを互いに区別するので、今後の撮像における対応をとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明することができる。
【選択図】 図4

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、欠損画素を検出する技術に関する。
放射線撮像装置の例としてX線を検出してX線透視画像を得る撮像装置では、従来においてX線検出手段としてイメージインテンシファイア(I.I)が用いられていたが、近年において、フラットパネル型X線検出器(以下、『FPD』と略記する)が用いられている。
FPDは、感応膜が基板上に積層されて構成されており、その感応膜に入射した放射線を検出して、検出された放射線を電荷に変換して、2次元アレイ状に配置されたキャパシタに電荷を蓄積する。蓄積された電荷はスイッチング素子をONすることで読み出されて、放射線検出信号として画像処理部に送り込まれる。そして、画像処理部において放射線検出信号に基づく画素を有した画像が得られる。したがって、キャパシタやスイッチング素子を構成する検出素子ごとに蓄積される電荷の量にバラツキがあり、それによって検出素子ごとの放射線検出信号に基づく画素の信号レベルについてもバラツキがある。
特に、検出素子として機能しない場合には、画素の信号レベルの値が極端に大きくなって画像上で白く浮き出る、あるいは画素の信号レベルの値が極端に小さくなって画像上で黒くなる。検出素子の感度が高い場合には、放射線が入射していない状態でも暗電流が発生して画素の信号レベルの値が大きくなる。逆に、検出素子の感度が低い、あるいは検出素子にゴミなどが付着した場合には、画素の信号レベルの値が小さくなる。このような画素は『欠損画素』と呼ばれている。
したがって、欠損画素を補間して正常な信号レベルを有する画素に置き換える(例えば、特許文献1参照)。欠損画素を補間する手法として、欠損画素に隣接する複数個の画素から中央値の画素で欠損画素を置換するメディアンフィルタ処理や、隣接する画素に基づいて画素を補間する補間処理などがある。
特開2004−15711号公報(第3−4頁)
しかしながら、欠損画素が時間とともに増加する場合がある。このような増加する欠損画素が発生する原因については、FPDの製造工程や保存状態、あるいはFPDの使用で照射した放射線量などが考えられるが、解明されていない。
このように、FPDを使用するたびに欠損画素が増加し続ける場合には、欠損画増を補間しきれずに、欠損画素のある状態でFPDを使用して撮像するので、正確な画像を得られず、撮像も正確に行うことができない。したがって、正確な画像を得て撮像を正確に行うためには、今後の撮像における対応や、撮像の不良の目安が即座にわかることが望まれる。
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、今後の撮像における対応を簡易にとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明す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。
発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
すなわち、欠損画素が新たに発生する場合には、過去(例えば前回)に検出された既存の欠損画素に近接して、今回で新たに発生して検出された欠損画素と、その既存の欠損画素に依存せずに、今回で新たに発生して検出された欠損画素との2つのタイプに分かれることが判明した。さらに、既存の欠損画素に近接した欠損画素の前者のタイプの場合には、FPDの経年変化による劣化に起因することが多いという見解を得るとともに、既存の欠損画素に依存しない欠損画素の後者のタイプの場合で、かつその欠損画素の発生の頻度が高い場合には、FPDを構成する感応膜などの膜質の初期不良に起因することが多いという見解を得た。このように、タイプに応じて、例えば前者のタイプの場合にはFPDの使用において許容範囲であれば経年変化による劣化が著しくなるまで撮像を行う、後者のタイプの場合で、かつ欠損画素の発生の頻度が高い場合にはFPDを即座に交換するなどの今後の撮像における対応をとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明することができるという知見を得た。
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基づく画素について欠損画素を検出する欠損画素検出手段と、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ前記欠損画素検出手段によって今回で新たに検出された画素と、その既存の欠損画素に依存せずに、かつ前記欠損画素検出手段によって今回で新たに検出された画素とを、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として区別する欠損画素区別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、欠損画素検出手段は、検出された放射線検出信号に基づく画素について欠損画素を検出する。そして、その検出された欠損画素が、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ上述した欠損画素検出手段によって今回で新たに検出された画素、またはその既存の欠損画素に依存せずに、かつ欠損画素検出手段によって今回で新たに検出された画素であるか否かを欠損画素区別手段が判定する。もし、検出された欠損画素が両者の画素のうちのいずれかである場合には、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として、その検出された画素を区別する。このように、既存の欠損画素に近接した欠損画素と、既存の欠損画素に依存しない欠損画素とを、互いに別の欠損画素群(タイプ)として区別するので、欠損画素群に応じた今後の撮像における対応をとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明することができる。
また、請求項2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基づく画素について欠損画素を検出し、その検出された欠損画素が、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ今回で新たに検出された画素、またはその既存の欠損画素に依存せずに、かつ今回で新たに検出された画素のいずれかである場合には、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として、その検出された画素を区別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、検出された放射線検出信号に基づく画素について欠損画素を検出する。そして、その検出された欠損画素が、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ今回で新たに検出された画素、またはその既存の欠損画素に依存せずに、かつ今回で新たに検出された画素のいずれかである場合には、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として、その検出された画素を区別する。このように、既存の欠損画素に近接した欠損画素と、既存の欠損画素に依存しない欠損画素とを、互いに別の欠損画素群(タイプ)として区別するので、欠損画素群に応じた今後の撮像における対応をとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明することができる。
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、検出された放射線検出信号に基づく画素について欠損画素を検出する。そして、その検出された欠損画素が、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ今回で新たに検出された画素、またはその既存の欠損画素に依存せずに、かつ今回で新たに検出された画素のいずれかである場合には、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として、その検出された画素を区別する。このように、既存の欠損画素に近接した欠損画素と、既存の欠損画素に依存しない欠損画素とを、互いに別の欠損画素群(タイプ)として区別するので、欠損画素群に応じた今後の撮像における対応をとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明することができる。
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2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、欠損画素を検出する欠損画素検出部9aと、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ欠損画素検出部9aによって今回で新たに検出された画素と、その既存の欠損画素に依存せずに、かつ欠損画素検出部9aによって今回で新たに検出された画素とを、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群(タイプ)として区別する欠損画素区別部9bとを備えている。欠損画素検出部9aは、この発明における欠損画素検出手段に相当し、欠損画素区別部9bは、この発明における欠損画素区別手段に相当する。
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。
次に、本実施例装置における欠損画素検出部9aや欠損画素区別部9bによる一連の信号処理について、図4のフローチャートを参照して説明する。
欠損画素検出部9aや欠損画素区別部9bによって欠損画素を検出して、タイプごとに区別するためには、欠損画素検出部9aによって欠損画素を予め検出して、その過去に検出された既存の欠損画素と今回において検出された欠損画素とを比較する。欠損画素を検出する際には、被検体Mを天板1に載置せずに、FPD3の位置に応じて強度が変化しない一様なX線をFPD3に向けてX線管2が照射して行う。過去に欠損画素を検出する1回目のタイミングは、例えば製造直後のFPD3で行ってもよいし、欠損画素を発生させ易くするために被検体Mを載置させないで製造直後のFPD3にX線を一様に照射した後に、所定期間後(例えば1ヶ月後)のFPD3で行ってもよい。
X線管2からFPD3に向けて一様なX線照射で得られたX線検出信号において、そのX線検出信号に基づく画素の信号レベルについて欠損であるか否かを判定して、欠損画素検出部9aは欠損画素を検出する。本実施例では、全部の画素の平均信号強度に対して、所定値の範囲から外れる信号レベルを有する画素を欠損画素とする。なお、欠損画素を検出する手法については、上述した手法以外にも、例えば対象となる画素を含む周囲の画素群(例えば縦11×横11の画素)において信号の中間値を求めて、その中間値から所定範囲(例えば中間値の±50%の範囲)から外れた信号レベルを有する画素を欠損画素とするなどのように、通常において用いられる欠損画素の検出方法であれば、特に限定されない。
(ステップS1)欠損画素の検出
過去に欠損画素を検出するために被検体Mを載置せずに一様なX線をX線管2からFPD3に向けて一様に照射した後に、所定期間後(例えば1ヵ月後)に前回と同様に被検体Mを載置せずに一様なX線をX線管2からFPD3に向けて一様に照射する。一様なX線照射で得られたX線検出信号に基づいて欠損画素検出部9aは欠損画素を検出する。今回における欠損画素の検出については、過去における欠損画素の検出と同じ手法を用いればよい。
(ステップS2)前回と今回との画素を比較
過去、すなわち前回において検出された欠損画素(すなわち既存の欠損画素)と、今回において検出された欠損画素とを欠損画素区別部9bは比較する。
(ステップS3)今回の画素が、新たに発生した欠損画素?
今回において検出された欠損画素の位置が、前回において検出された既存の欠損画素の位置と同じ場合には、今回において検出された欠損画素は既存の欠損画素と同一の画素で、新たに発生した欠損画素でないと欠損画素区別部9bは判定する。そして、ステップS3aに跳ぶ。逆に、今回において検出された欠損画素の位置が、前回において検出された既存の欠損画素の位置と違う場合には、今回において検出された欠損画素は、今回で新たに発生して検出された欠損画素であると欠損画素区別部9bは判定する。そして、次のステップS4に進む。
(ステップS3a)別の位置の画素を調べる
別の位置の欠損画素を調べるために、ステップS2に戻って、別の位置の画素についてもステップS2,S3を繰り返して、その位置での欠損画素が、新たに発生した欠損画素であるか否かを判定する。
(ステップS4)今回の画素が前回の画素に近接?
一方、今回で新たに検出された欠損画素が前回で検出された既存の欠損画素に近接しているのであれば、ステップS5aに進む。また、今回で新たに検出された欠損画素が前回で検出された既存の欠損画素に近接しなければ、ステップS5bに進む。なお、既存の欠損画素に隣接しておらず、既存の欠損画素から1行〜数行分、あるいは1列〜数列分、今回の欠損画素が離間していても、経験則により後述するように近接欠損タイプに属するのであれば、既存の欠損画素に近接していると判定する。
(ステップS5a)近接欠損としてカウント
今回の欠損画素が既存の欠損画素に近接しているのであれば、近接欠損としてカウントして、今回の欠損画素が『近接欠損タイプ』に属するとして区別する。そして、ステップS6に進む。
(ステップS5b)単独発生欠損としてカウント
今回の欠損画素が既存の欠損画素に近接しなければ、単独発生欠損としてカウントして、今回の欠損画素が『単独発生欠損タイプ』に属するとして区別する。そして、ステップS6に進む。
(ステップS6)全ての画素について調べたか?
今回において新たに検出された欠損画素について全て調べたか否かを判定する。全ての欠損画素について調べていなければ、ステップS3aに跳んで、さらにステップS2に戻る。一方、全ての欠損画素について調べた場合には、今回における欠損画素の検出および区別を終了する。そして、今回において検出された欠損画素のデータを、次回において検出する欠損画素の比較のためにメモリ部11に記憶するのが好ましい。次回においては、今回において検出された欠損画素が過去の既存の欠損画素に含まれる。
以上のように構成された本実施例装置によれば、欠損画素検出部9aは、検出されたX線検出信号に基づく画素について欠損画素を検出する(ステップS1)。そして、その検出された欠損画素が、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ上述した欠損画素検出部9aによって今回で新たに検出された画素、またはその既存の欠損画素に依存せずに、かつ欠損画素検出部9aによって今回で新たに検出された画素であるか否かを欠損画素区別部9bが判定する(ステップS2〜S4)。もし、検出された欠損画素が両者の画素のうちのいずれかである場合には、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群(本実施例では『近接欠損タイプ』および『単独発生欠損タイプ』)として、その検出された画素を区別する(ステップS5a,5b)。このように、既存の欠損画素に近接した欠損画素と、既存の欠損画素に依存しない欠損画素とを、互いに別の近接欠損タイプ・単独発生欠損タイプとして区別するので、欠損画素群に応じた今後の撮像における対応をとることができて、撮像の不良の目安を簡易に判明することができる。
近接欠損タイプの場合には、FPD3の経年変化による劣化に起因することが多い。したがって、FPD3の使用において許容範囲であれば経年変化による劣化が著しくなるまで撮像を行えばよい。逆に、単独発生欠損タイプの場合で、かつ欠損画素の発生の頻度が高い場合には、FPD3を構成するX線感応型半導体34などの膜質の初期不良に起因することが多い。したがって、FPD3を即座に交換して撮像を行えばよい。
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、画素を区画する2次元マトリクス状で配列された検出素子から構成されるX線検出器であれば、この発明は適用することができる。
(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)次回において検出する欠損画素の比較のために今回において検出された欠損画素のデータをメモリ部11に記憶して、その記憶とは別に今回の欠損画素を補間して正常な画素に置換してもよい。このように、補間しながら、欠損画素の区別の際には補間前の既存の欠損画素を比較して行うので、被検体Mを載置しない状態で一様なX線照射で得られたX線画像は常に正確なものとなる。
(6)今回の欠損画素を区別するために用いられる過去の既存の欠損画素については、今回の直前に照射された前回の既存の欠損画素を用いるのが好ましい。過去の既存の欠損画素が、今回の欠損画素と比較して時間が経ち過ぎると、その経過時間の間に既存の欠損画素に近接して欠損画素が増加し続ける場合に、今回の検出対象の欠損画素が既存の欠損画素に近接しているにも関わらず既存の欠損画素に依存せずに発生したとみなされる恐れがある。そこで、直前に照射された前回の既存の欠損画素を用いることで、既存の欠損画素に近接した欠損画素にも関わらず既存の欠損画素に依存しない欠損画素のタイプとして区別されるという事態を低減させることができる。
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。 本実施例装置における欠損画素検出部や欠損画素区別部による一連の信号処理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)
9a … 画素検出部
9b … 欠損画素区別部
M … 被検体

Claims (2)

  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基づく画素について欠損画素を検出する欠損画素検出手段と、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ前記欠損画素検出手段によって今回で新たに検出された画素と、その既存の欠損画素に依存せずに、かつ前記欠損画素検出手段によって今回で新たに検出された画素とを、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として区別する欠損画素区別手段とを備えることを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 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基づく画素について欠損画素を検出し、その検出された欠損画素が、過去に検出された既存の欠損画素について、その既存の欠損画素に近接し、かつ今回で新たに検出された画素、またはその既存の欠損画素に依存せずに、かつ今回で新たに検出された画素のいずれかである場合には、各画素の位置情報に基づいて互いに別の欠損画素群として、その検出された画素を区別することを特徴とする放射線検出信号処理方法。
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