JP2008237835A - 放射線撮像装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のサブエリアに分割された検出エリアを有するフラットパネル検出器を用いる放射線撮像装置において、サブエリア内において不均一な変動に起因する輝度の段差を補正する。
【解決手段】この放射線撮像装置は、放射線発生部と、複数のサブエリアに分割された検出エリアに配置され、放射線の照射線量に応じた電荷を蓄積する検出素子、及び、複数のサブエリア毎に設けられ、それぞれのサブエリアにおける検出素子に蓄積された電荷に関する情報を読み取る複数の読み取り回路を有し、放射線発生部によって発生され被検体を透過して検出エリアに入射した放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出器と、放射線検出器から出力される検出信号における複数のサブエリアの境界で発生する段差を、複数のサブエリアにおける特定のラインから得られる検出信号に基づいて補正する段差補正手段とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、放射線を用いて被検体を撮像することにより、医療診断に用いられる医用画像を生成する放射線撮像装置及び放射線撮像方法に関する。
従来より、放射線(X線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等)を用いた撮像方法は様々な分野で利用されており、特に医療分野においては、診断のための最も重要な手段の一つとなっている。最初のX線写真が実現されてから、X線写真法は数々の改良を重ねられ、現在では蛍光スクリーンとX線フィルムを組み合わせた方法が主流となっている。一方、近年においては、CR(computed radiography)、X線CT、超音波、MRI等の様々なディジタル化された装置が実用化されており、病院内での診断情報処理システム等の構築が進められようとしている。
近年において、放射線撮像装置においては、被検体を透過したX線を2次元領域における複数の検出ポイントにおいて検出することによりX線画像を撮影する放射線検出デバイスを備えたフラットパネル検出器(FPD)が用いられている。通常、フラットパネル検出器の検出エリアは、複数のサブエリアに分割されており、複数のサブエリア毎に読み取り回路が設けられている。しかしながら、放射線検出デバイスの感度や読み取り回路の増幅特性がそれぞれ異なっているので、隣接する2つのサブエリア間において画像の輝度に段差が生じてしまう。
関連する技術として、特許文献1には、複数のサブエリアからなる画像を形成する装置が開示されている。この装置は、画像データを生成するための複数のセンサ要素を含む検出器と、画像のサブエリアに関連する読み取りユニットと、隣接するサブエリアの連接画像エリアからの画像データを評価して補正データを生成するように配される分析ユニットと、補正データによって不正な画像データを補正するように配される補正ユニットとを含んでいる。
特許文献1の装置によれば、読み取りユニット毎の増幅特性を分析するためにサブエリア毎にヒストグラムが求められ、これに基づいて補正量が算出されるので、ユーザの介入を要することなく、非線形増幅態様の補正が可能となる。従って、この装置によれば、サブエリア内において均一な変動に起因する輝度の段差を補正することができる。しかしながら、サブエリア内において不均一な変動に起因する輝度の段差は、サブエリアの境界位置によって異なるというローカリティを有しているので、サブエリア内において均一な補正を行っても、輝度の段差を解消することはできない。
特開2001−197313号公報(第1−2頁、図2)
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、複数のサブエリアに分割された検出エリアを有するフラットパネル検出器を用いる放射線撮像装置において、サブエリア内において不均一な変動に起因する輝度の段差を補正することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の1つの観点に係る放射線撮像装置は、放射線を発生する放射線発生部と、複数のサブエリアに分割された検出エリアに配置され、放射線の照射線量に応じた電荷を蓄積する検出素子、及び、複数のサブエリア毎に設けられ、それぞれのサブエリアにおける検出素子に蓄積された電荷に関する情報を読み取る複数の読み取り回路を有し、放射線発生部によって発生され被検体を透過して検出エリアに入射した放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出器と、放射線検出器から出力される検出信号における複数のサブエリアの境界で発生する段差を、複数のサブエリアにおける特定のラインから得られる検出信号に基づいて補正する段差補正手段とを具備する。
また、本発明の1つの観点に係る放射線撮像方法は、複数のサブエリアに分割された検出エリアに配置され、放射線の照射線量に応じた電荷を蓄積する検出素子、及び、複数のサブエリア毎に設けられ、それぞれのサブエリアにおける検出素子に蓄積された電荷に関する情報を読み取る複数の読み取り回路を有する放射線検出器を用いて、被検体を透過して検出エリアに入射した放射線を検出することにより撮像を行う放射線撮像方法であって、複数のサブエリアにおける特定のラインから得られる検出信号に基づいて段差量データを算出するステップ(a)と、ステップ(a)において算出された段差量データに対して、高周波を取り除くためのフィルタ処理を施すステップ(b)と、ステップ(b)においてフィルタ処理が施された段差量データに基づいて、複数のサブエリアにおける補正量データを算出するステップ(c)と、ステップ(c)において算出された補正量データに基づいて、放射線検出器から出力される検出信号における複数のサブエリアの境界で発生する段差を補正するステップ(d)とを具備する。
本発明によれば、放射線検出器から出力される検出信号における複数のサブエリアの境界で発生する段差を、複数のサブエリアにおける特定のラインから得られる検出信号に基づいて補正するので、サブエリア内において不均一な変動に起因する輝度の段差を補正することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る放射線撮像装置の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、本発明がX線マンモグラフィー装置に適用される場合について説明するが、本発明は、α線、β線、γ線、電子線、又は、紫外線等を使用する放射線撮像装置に適用することも可能である。
図1に示す放射線撮像装置は、X線撮像部10と、X線撮像制御部(コンソール)20とによって構成される。X線撮像部10は、管電圧・管電流制御部11と、高電圧発生部12と、X線管13と、フィルタ14と、X線検出器15と、A/D変換器18とを有している。管電圧・管電流制御部11は、目標値に従って、管電圧や管電流等の撮影条件を調整する。高電圧発生部12は、管電圧・管電流制御部11の制御の下で、X線管13に印加される高電圧を発生する。
X線管13及びフィルタ14は、X線を発生するX線発生部を構成している。X線管13においては、陰極と陽極との間にかける管電圧によってX線の透過性が決定され、陰極と陽極との間に流れる管電流の時間積分値によってX線の発生量が決定される。フィルタ14は、モリブデン(Mo)又はロジウム(Rh)等の材料によって作成され、X線管13によって発生されたX線に含まれている複数の波長成分の内から所望の波長成分を選択的に透過させる。X線管13によって発生されたX線は、フィルタ14を介して被検体1を透過し、X線検出器15によって検出される。
X線検出器15は、被検体を透過したX線を2次元領域における複数の検出ポイントにおいて検出することによりX線画像を撮影するFPD(フラットパネル・ディテクタ)である。FPDの検出面には、X線を吸収して電荷を発生するセレン等のX線感応膜と、X線感応膜によって発生された電荷を蓄積して電荷情報を出力する検出素子16とが設けられている。検出素子16としては、例えば、2次元マトリクス状に配列され、電気信号によって走査されると、蓄積された電荷を放出する複数のTFT(薄膜トランジスタ)や、読み取り光によって走査されると、蓄積された電荷を放出する光読み取り型の検出素子が用いられる。
FPDにX線が入射すると、X線感応膜においてX線が電荷に変換され、その電荷が検出素子16に蓄積される。FPDに設けられた読み取り部17は、検出素子16に蓄積された電荷に基づいて検出素子16から出力される電荷情報を読み出して、X線の照射線量に応じたレベルを有する検出信号を生成する。A/D変換器18は、読み取り部17から出力されるアナログの検出信号をディジタル信号(検出データ)に変換する。
図2は、図1に示すX線撮像部の外観を示す側面図である。X線撮像部10は、X線管13及びX線検出器15が設置されているアーム部2と、基台3と、アーム部2を基台3に回転可能な状態で保持する軸部4とを含んでいる。X線検出器15は、X線管13から照射されて被検体1(乳房)を透過したX線を検出して、X線の照射線量に応じたレベルを有する検出信号を出力する。X線検出器15から出力される検出信号は、ケーブル19を介して、アーム部2の内部に設置されたA/D変換器18(図1)に入力される。
アーム部2には、X線検出器15を図中左右方向に移動させる位置調節部5と、X線検出器15を水平面内において回転させる方向調節部6とが設けられている。また、アーム部2には、圧迫板駆動部7を介して、圧迫板8が取り付けられている。圧迫板8は、図中上下方向に移動可能な状態で、X線検出器15に平行に設置されている。この圧迫板8とX線検出器15とによって、被検体1(乳房)を挟み込み、乳房の厚さを均一にした状態でX線撮像が行われる。
図3は、図1及び図2に示すX線検出器の詳細を示す図である。図3において、X軸方向が主走査方向であり、Y軸方向が副走査方向である。X線検出器15の検出エリアは、主走査方向において複数のサブエリア(図3においては、5つのサブエリア151〜155を示す)に分割されており、それらのサブエリアに対して、読み取り部17を構成する複数の読み取り回路(図3においては、5つの読み取り回路171〜175を示す)がそれぞれ接続されている。各々の読み取り回路171〜175としては、例えば、特定用途のために設計・製造される半導体集積回路(ASIC)等が用いられる。読み取り回路171〜175を用いて、それぞれのサブエリア151〜155において、副走査方向に読み取り走査が行われる。なお、本願において、「サブエリア」とは、放射線検出デバイスにおける検出エリアが異なる画像領域、又は、半導体集積回路、A/D変換器の基板、回路が搭載されている基板の内のいずれか若しくはそれらの組合せが異なる画像領域のことをいう。
ここで、X線感応膜の不均一性や、検出素子における感度のばらつきや、複数の読み取り回路における増幅特性のばらつきによって、サブエリア内又はサブエリア間において検出信号の基準レベルに差が生じて、オフセットが発生する。これにより、放射線画像において、アーティファクトとして輝度の段差が生じてしまう。
例えば、サブエリア152内のサブエリア境界近傍のラインL1上の画素(検出ポイント)P1と、サブエリア153内のサブエリア境界近傍のラインL2上の画素P2との間でオフセットが発生し、ラインL1及びL2上の他の画素間においてもオフセットが発生すると、サブエリア152とサブエリア153との境界に輝度の段差が生じてしまう。ただし、X線検出器15内の各要素のばらつきによって、ラインL1上の複数の画素間においてもオフセットが発生し、ラインL2上の複数の画素間においてもオフセットが発生するので、1つのサブエリアから得られる検出信号のレベルを一律に補正するのは不適切である。
再び図1を参照すると、X線撮像制御部(コンソール)20は、X線撮像部10から入力される検出データにおけるサブエリア間の段差を補正して画像データを生成する段差補正部21と、段差補正部21から出力される画像データに画像処理を施す画像処理部26と、D/A変換器27と、表示部28と、操作卓29と、制御部30と、格納部31とを有している。
段差補正部21は、機能ブロックとして、隣接する2つのサブエリア内の2つのライン上の画素からの検出データを順次比較し、それらのライン間の段差量を計算して段差量データを生成する段差量計算部22と、段差量データに対してフィルタ処理を施すフィルタ部23と、フィルタ処理が施された段差量データに基づいて補正量データを生成する補正量計算部24と、補正量データに基づいてサブエリア間の段差を補正して画像データを生成する補正部25とを含んでいる。
画像処理部26は、段差補正部21から出力される画像データに対し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、表示用の画像データを生成する。また、画像処理部26は、段差補正部21によって段差補正が施された画像データに対し、複数のサブエリアの境界に平行な方向のムラを抑制する処理を行うようにしても良い。
操作卓29は、オペレータが放射線撮像装置を操作するために用いられる。制御部30は、中央演算装置(CPU)と、CPUに各種の処理を行わせるためのソフトウェアとによって構成され、オペレータの操作に基づいて各部を制御する。本実施形態においては、段差補正部21及び画像処理部26も、CPUとソフトウェアとによって構成されるが、これらをディジタル回路又はアナログ回路で構成しても良い。上記のソフトウェアは、ハードディスク又はメモリ等によって構成された格納部31に格納されている。
次に、図1に示す放射線撮像装置におけるデータ処理について、図3及び図4を参照しながら説明する。図4は、図1に示す放射線撮像装置におけるデータ処理の流れを示すフローチャートである。
図4のステップS1において、X線撮像部10から出力される検出データが、サブエリア毎に分割される。以下においては、各サブエリアにおいて、X軸方向に128個の画素(ライン)が含まれているものとする。
ステップS2において、段差量計算部22が、段差量計算位置パラメータによって規定される隣接する2つのサブエリア内の2つのライン上の画素からの検出データを順次比較し、それらのライン間の段差量(オフセット)を計算して段差量データを生成する。それにより、図3に示すサブエリア151とサブエリア152との間の段差量、サブエリア152とサブエリア153との間の段差量、サブエリア153とサブエリア154との間の段差量、及び、サブエリア154とサブエリア155との間の段差量が算出される。
段差量計算位置パラメータは、段差量の計算に用いられるライン上の画素のX軸方向における位置(左画素位置、右画素位置)を規定している。通常は、隣接する2つのサブエリア内でサブエリア境界に最も近い2つのライン上の画素が段差量計算に用いられるので、それらの画素のX軸方向における位置を表す値が、段差量計算位置パラメータのデフォルト値として設定されている。サブエリア境界に最も近い2つのラインに基づいて段差補正を行う理由は、サブエリア境界と直交する方向に輝度が変化する画像信号が存在する場合に、段差量計算に用いられるラインがサブエリア境界から離れると、画像信号の変化分が大きくなり、段差量計算における誤差が大きくなるからである。
ただし、正常でない欠陥ライン上の画素を段差補正に用いることは不適切であるので、段差量計算部22は、各ラインが正常ラインであるか欠陥ラインであるかを表すライン検査情報に基づいて、段差補正に使用されるいずれかのラインが欠陥ラインである場合には、段差量計算位置パラメータの値を変更する。ライン検査情報は、例えば、制御部30が定期的に各ラインからの検出信号を検査することによって取得され、格納部31に格納されている。
ステップS3において、フィルタ部23が、段差量計算部22によって計算された2つのライン間の段差量を表す段差量データに対して、フィルタ処理を施す。このフィルタ処理は、段差量データ(段差量プロファイル)に含まれている高周波成分を取り除くために行われるものであり、本実施形態においては、フィルタ画素数パラメータに基づいて、メディアンフィルタ処理が行われる。ノイズ又は画像信号に起因する高周波成分を含む段差量データに基づいて補正量を算出すると、補正量にも高周波成分が含まれてしまい、その高周波成分によって画像に横筋が発生するおそれがあるからである。
取り除かれる高周波成分は、フィルタ画素数パラメータの設定により、可変となっている。フィルタ画素数パラメータは、横筋状のアーティファクトを防止し、かつ、処理時間があまり増加しないように、メディアンフィルタ処理における適切なウインドウサイズ(画素数)を規定しており、デフォルト値は201画素となっている。なお、メディアンフィルタ処理における端点処理は、画像の端部における画素数に合わせてウインドウサイズを変更することにより行われる。
例えば、ウインドウサイズが201画素のメディアンフィルタ処理の場合に、画像の最端部の画素についてはウインドウサイズが1画素(自分自身)となり、その隣の画素についてはウインドウサイズが3画素(自分自身と両隣)となり、その隣の画素についてはウインドウサイズが5画素となる。このように、メディアンフィルタ処理におけるウインドウサイズは、1,3,5,・・・,201,201,201,・・・,5,3,1のように変化する。
補正量計算部24は、ステップS4において、フィルタ処理が施された段差量データの値を1/2倍に乗算することにより、隣接する2つのサブエリアの内の一方についての補正量を求め、ステップS5において、1/2倍された段差量データの値を−1倍に乗算することにより、隣接する2つのサブエリアの内の他方についての補正量を求める。即ち、段差補正は、それら2つのサブエリアに対して、半々に行われる。これにより、元の画像情報に与える影響を小さくしながら、輝度の段差を補正することができる。このようにして、例えば、図3に示すサブエリア152及び153についての補正量が求められる。
さらに、補正量計算部24は、ステップS6において、サブエリア毎の検出データと左方向の補正強度テーブルとに基づいて、左側のサブエリア(例えば、サブエリア152)内の全てのラインについての左方向の補正量データを求め、ステップS7において、サブエリア毎の検出データと右方向の補正強度テーブルとに基づいて、右側のサブエリア(例えば、サブエリア153)内の全てのラインについての右方向の補正量データを求める。
補正強度テーブルは、1つのサブエリア内の全てのライン上の画素における補正強度分布を規定している。例えば、補正強度テーブルにおけるデータのビット数が16ビット(216=65536)である場合に、左方向の補正強度テーブルには、X軸方向の画素番号(ライン番号)nに対応して、補正係数K(n)=INT{65535n/(128−1)+0.5}が格納される。ここで、画素番号n=0,1,2,・・・,127であり、「INT」は、整数部を求める関数である。
この補正強度テーブルによれば、画素番号n=0の左端の画素において、補正係数K(0)=0となり、画素番号n=127の右端の画素において、補正係数K(127)=65535となる。これにより、左側のサブエリアにおいては、左端の画素における補正量がゼロとなり、サブエリア境界に近付くにつれて段差の補正量を大きくすることができるので、補正の副作用として現れる横筋を軽減すると共に、補正の影響が他のサブエリアに伝播することを防止することができる。
ただし、最も左側のサブエリア(サブエリア151)においては、さらに左側のサブエリアは存在しないので、補正係数K(n)を一定にしても良い。同様に、最も右側のサブエリア(サブエリア155)においては、さらに右側のサブエリアは存在しないので、補正係数K(n)を一定にしても良い。
ステップS8において、補正部25は、左側のサブエリアについては、ステップS6において求められた左方向の補正量データを検出データに加算し、右側のサブエリアについては、ステップS7において求められた右方向の補正量データを検出データに加算する。これにより、画像における輝度の段差が補正された画像データが生成される。
なお、段差量が所定の値以上である場合には、その段差量は被検体の画像情報によるものであると考えられるので、補正部25は、段差量閾値パラメータに基づいて、段差量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。その結果、段差量が所定の閾値以上である場合には、その段差は補正されない。本実施形態において、段差量閾値パラメータのデフォルト値は4000となっている。
その後、画像処理部26が、複数のサブエリアの境界に平行な方向のムラを抑制する処理を行うようにしても良い。この処理は、例えば、画像データに対してFFT(高速フーリエ変換)処理を施し、特定の周波数成分のみを低減させることにより行われる。これにより、段差補正によって取りきれなかったムラを軽減することができる。
本発明は、放射線を用いて被検体を撮像することにより医用画像を生成する放射線撮像装置において利用することが可能である。
本発明の一実施形態に係る放射線撮像装置の構成を示すブロック図である。 図1に示すX線撮像部の外観を示す側面図である。 図1及び図2に示すX線検出器の詳細を示す図である。 図1に示す放射線撮像装置におけるデータ処理の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
1 被検体
2 アーム部
3 基台
4 軸部
5 位置調節部
6 方向調節部
7 圧迫板駆動部
8 圧迫板
10 X線撮像部
11 管電圧・管電流制御部
12 高電圧発生部
13 X線管
14 フィルタ
15 X線検出器
151〜155 サブエリア
16 検出素子
17 読み取り部
171〜175 読み取り回路
18 A/D変換器
20 X線撮像制御部(コンソール)
21 段差補正部
22 段差量計算部
23 フィルタ部
24 補正量計算部
25 補正部
26 画像処理部
27 D/A変換器
28 表示部
29 操作卓
30 制御部
31 格納部

Claims (12)

  1. 放射線を発生する放射線発生部と、
    複数のサブエリアに分割された検出エリアに配置され、放射線の照射線量に応じた電荷を蓄積する検出素子、及び、前記複数のサブエリア毎に設けられ、それぞれのサブエリアにおける検出素子に蓄積された電荷に関する情報を読み取る複数の読み取り回路を有し、前記放射線発生部によって発生され被検体を透過して前記検出エリアに入射した放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出器と、
    前記放射線検出器から出力される検出信号における前記複数のサブエリアの境界で発生する段差を、前記複数のサブエリアにおける特定のラインから得られる検出信号に基づいて補正する段差補正手段と、
    を具備する放射線撮像装置。
  2. 前記段差補正手段が、隣接する2つのサブエリアにおいて、正常でないラインを除き互いに最も近接する2つのラインから得られる検出信号に基づいて、段差量データを算出する、請求項1記載の放射線撮像装置。
  3. 前記段差補正手段が、段差量データに対して、高周波を取り除くためのフィルタ処理を施す、請求項2記載の放射線撮像装置。
  4. 前記フィルタ処理におけるフィルタ特性が、パラメータの設定により可変である、請求項3記載の放射線撮像装置。
  5. 前記段差補正手段が、段差量データによって表される段差量を分割し、分割された段差量に基づいて、隣接する2つのサブエリアにおける段差を補正する、請求項2〜4のいずれか1項記載の放射線撮像装置。
  6. 前記段差補正手段が、サブエリアの境界からの距離に応じて補正量を変化させる、請求項1〜5のいずれか1項記載の放射線撮像装置。
  7. 前記段差補正手段が、前記放射線検出器から出力される検出信号における前記複数のサブエリアの境界で発生する段差を補正した後に、前記複数のサブエリアの境界に平行な方向のムラを抑制する、請求項1〜6のいずれか1項記載の放射線撮像装置。
  8. 複数のサブエリアに分割された検出エリアに配置され、放射線の照射線量に応じた電荷を蓄積する検出素子、及び、前記複数のサブエリア毎に設けられ、それぞれのサブエリアにおける検出素子に蓄積された電荷に関する情報を読み取る複数の読み取り回路を有する放射線検出器を用いて、被検体を透過して前記検出エリアに入射した放射線を検出することにより撮像を行う放射線撮像方法であって、
    前記複数のサブエリアにおける特定のラインから得られる検出信号に基づいて段差量データを算出するステップ(a)と、
    ステップ(a)において算出された段差量データに対して、高周波を取り除くためのフィルタ処理を施すステップ(b)と、
    ステップ(b)においてフィルタ処理が施された段差量データに基づいて、前記複数のサブエリアにおける補正量データを算出するステップ(c)と、
    ステップ(c)において算出された補正量データに基づいて、前記放射線検出器から出力される検出信号における前記複数のサブエリアの境界で発生する段差を補正するステップ(d)と、
    を具備する放射線撮像方法。
  9. ステップ(a)が、隣接する2つのサブエリアにおいて、正常でないラインを除き互いに最も近接する2つのラインから得られる検出信号に基づいて、段差量データを算出することを含む、請求項8記載の放射線撮像方法。
  10. ステップ(c)が、段差量データによって表される段差量を分割することにより、隣接する2つのサブエリアにおける補正量を算出することを含む、請求項8又は9記載の放射線撮像方法。
  11. ステップ(c)が、サブエリアの境界からの距離に応じて補正量を変化させることを含む、請求項8〜10のいずれか1項記載の放射線撮像方法。
  12. ステップ(d)の後に、前記複数のサブエリアの境界に平行な方向のムラを抑制するステップ(e)をさらに具備する請求項8〜11のいずれか1項記載の放射線撮像方法。
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