JP2011167329A - 二次元アレイｘ線検出器における欠損画素の検出方法および欠損画素の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 取り扱うべきデータ量や計算量を削減しながら、短時間でその大きさが大きくなる成長性を有する欠損画素を正確に検出することが可能な二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法および欠損画素の検出装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線を照射しない状態における各画素の画素値を経時的に複数回測定し、連続して測定された画素値の変動幅が一定期間中に予め設定された欠損画素の変動幅を越えるか否かを演算し、この変動幅を超えた回数が設定回数以上の画素を欠損画素と判定する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備えた二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法および欠損画素の検出装置に関する。

Ｘ線撮影装置に使用される二次元アレイＸ線検出器としては、例えば、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が知られている。このフラットパネルディテクタは、ＴＦＴ等のスイッチング素子が二次元アレイ（行列）状に配置された基板上に、ａ−Ｓｅ（アモルファス・セレン）等の変換膜を蒸着した構成を有する。このフラットパネルディテクタにおいては、被検体を通過したＸ線像が変換膜上に投影されると、像の濃淡に比例した電荷信号が変換膜内に発生する。この電荷信号は、二次元アレイ状に配置された画素電極により収集され、静電容量（キャパシタ）に蓄積される。静電容量に蓄積された電荷は、スイッチング素子の動作に伴って読み出され、電気信号として画像処理部に送信されて画像処理が行われる。

このようなａ−Ｓｅ等の変換膜を使用したＸ線検出器においては、製造プロセスにおいて欠損画素が発生する場合がある。このため、従来、一定期間毎にキャリブレーションを実行し、変換膜に対して一定の強度のＸ線を照射する一様照射を行ったときの画素値や、変換膜にＸ線を照射しない状態における画素値に基づいて欠損画素を検出している（特許文献１参照）。

一方、このようなａ−Ｓｅ等の変換膜を使用した二次元アレイＸ線検出器においては、二次元アレイＸ線検出器を使用している間にその大きさが急激に成長し、短期間の間にＸ線撮影を阻害する欠損が生じる場合がある。このように、短期間に急激に成長する成長性を有する欠損画素が存在する二次元Ｘ線検出器については、欠損画素が正しいＸ線撮影を不可能とすることから、この二次元Ｘ線検出器をＸ線撮影装置等に使用することは不可能である。

ここで、欠損画素のうちの全てが、このように短期間に急激に成長する成長性を有する欠損画素であるわけではない。成長性を有しない欠損画素については、欠損登録を行い画素値を補完することにより、このような欠損画素を有する二次元アレイＸ線検出器をＸ線撮影に使用することは可能である。このため、欠損画素については、それが急激に成長するものであるか、大きさに変化がないものであるのかを判定する必要がある。

このため、Ｘ線検出器により検出した画素値を経時的に逐次測定し、その画素値の時間変化分に基づいて画素値の時間に関する分散を求めることにより、恒常的に欠損画素でない画素についても欠損画素として検出することが可能なＸ線撮影装置も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００８−３０１８８３号公報 特開２００８−１９４１５２号公報

上述した特許文献１に記載のＸ線撮影装置は、恒常的に欠損画素ではない画素についても、統計量に基づいてそれを欠損画素と適正に検出しうる優れたものではあるが、画素値を経時的に測定して記憶し、そのヒストグラムを生成して分散を計算する必要があることから、処理を行うべきデータ量が多くなり、実際のＸ線撮影装置に実装するのは現実的でないという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、取り扱うべきデータ量や計算量を削減しながら、短時間でその大きさが大きくなる成長性を有する欠損画素を正確に検出することが可能な二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法および欠損画素の検出装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備えた二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法において、Ｘ線を照射しない状態における各画素の画素値を、経時的に複数回測定する暗電流値測定工程と、前記暗電流値測定工程で測定した各画素の画素値の変動幅が一定以上の画素を、欠損画素と判定する判定工程とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判定工程においては、連続して測定された画素値の変動幅が、予め設定された欠損画素の変動幅を超える画素を欠損画素と判定する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記判定工程においては、連続して測定された画素値の変動幅が一定期間中に予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数を測定し、この回数が設定回数以上の画素を欠損画素と判定する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記二次元アレイＸ線検出器は、Ｘ線に感応し入射Ｘ線量に対応した電荷信号を出力する変換膜と、前記変換膜の表面に画素に対応して行列状に配置された複数の画素電極と、前記各画素電極に各々接続された電荷信号を蓄積する複数の蓄積容量と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子と、信号の読み出し時にゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次オンとするゲートドライバと、前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して読み出すデータ集積部と、を備え、前記暗電流値測定工程においては、前記変換膜にＸ線を照射しない状態で、前記スイッチング素子を順次オンとして各画素の電荷信号を検出する動作を経時的に複数回繰り返す。

請求項５に記載の発明は、Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備えた二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出装置において、Ｘ線を照射しない状態における各画素の画素値を経時的に複数回測定する暗電流値測定手段と、前記暗電流値測定手段で測定した各画素の画素値の変動幅と、予め設定された欠損画素の変動幅とを比較し、画素値の変動幅が欠損画素の変動幅を超える画素を欠損画素と判定する判定手段と、前記判定手段がいずれかの画素が欠損画素であると判定したときに、エラー表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記判定手段は、連続して測定された画素値の変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数を測定し、この回数が設定回数以上の画素を欠損画素と判定する。

請求項１乃至請求項６に記載の発明によれば、短時間でその大きさが大きくなる成長性を有する欠損画素を、他の欠損画素と区別して検出することが可能となる。このとき、ヒストグラムや分散などの計算を行う必要がないことから、欠損画素の判定工程を簡易かつ迅速に実行することが可能となる。

なお、請求項３に記載の発明によれば、連続して測定された画素値の変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数を測定し、この回数が設定回数以上の画素を欠損画素と判定することから、欠損画素の判定をより正確に実行することが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば、Ｘ線に感応し入射Ｘ線量に対応した電荷信号を出力するＸ線変換膜の特性にもとづいて特異的に生ずる成長性を有する欠損画素を、一般的な欠損画素と区別して検出することが可能となる。

この発明を適用するＸ線撮影装置の概要図である。 フラットパネルディテクタ４を側面視した等価回路である。 フラットパネルディテクタ４を平面視した等価回路である。 フラットパネルディテクタ４において撮像した複数フレームの画像において、複数の画素における画素値の変動を示すグラフである。 欠損画素の検出方法を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、この発明に係る二次元アレイＸ線検出器としてのフラットパネルディテクタ４を適用したＸ線撮影装置の構成について説明する。図１は、フラットパネルディテクタ４を適用したＸ線撮影装置の概要図である。

このＸ線撮影装置は、被検体である被検者１を載置するテーブル２と、Ｘ線管３と、フラットパネルディテクタ４と、Ａ／Ｄ変換器５と、画像処理部６１および演算部６２を備えた制御部６と、記憶部６３と、キーボード等の入力部６４と、ＣＲＴ等から構成され後述するエラー表示等を行う表示部６５と、Ｘ線管３に付与する管電圧等を制御するＸ線管制御部７とを備える。

このＸ線撮影装置は、Ｘ線管３からテーブル２上の被検者１に向けてＸ線を照射し、被検者１を通過したＸ線をフラットパネルディテクタ４により検出し、画像処理部６１において検出されたＸ線を画像処理し、画像処理されたＸ線による映像信号を利用して表示部６５にＸ線透視像を表示する構成を有する。ここで、画像処理部６１は、Ｘ線を照射しない状態におけるフラットパネルディテクタ４の各画素の画素値を経時的に複数回測定する暗電流値測定手段として機能し、画像処理部６１および演算部６２は、各画素の画素値の変動幅と予め設定された欠損画素の変動幅とを比較して欠損画素を判定する判定手段として機能する。

次に、フラットパネルディテクタ４の構成について説明する。図２は、フラットパネルディテクタ４を側面視した等価回路である。また、図３は、フラットパネルディテクタ４を平面視した等価回路である。

これらの図に示すように、このフラットパネルディテクタ４は、ガラス基板４１と、このガラス基板４１上に形成されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４２と、このＴＦＴ４２上に蒸着されたａ−Ｓｅ等の変換膜４３と、この変換膜４３上に配置された共通電極４４とを備える。

ＴＦＴ４２には、縦横のマトリックス状、すなわち、二次元アレイ状の配置で、電荷収集電極である画素電極４５が配設されている。この画素電極４５は、例えば、行列方向に１０２４個×１０２４個配置されている。図２および図３においては、行列方向に３個×３個配置した場合を模式的に示している。各画素電極４５には、スイッチング素子４６と、静電容量（キャパシタ）４７とが接続されている。

各画素電極４５は、各スイッチング素子４６のソースＳに接続されている。図３に示すゲートドライバ５１には、複数本のゲートバスライン５２が接続されており、これらのゲートバスライン５２はスイッチング素子４６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５３には、増幅器５４を介して複数本のデータバスライン５５が接続されており、これらのデータバスライン５５は、各スイッチング素子４６のドレインＤに接続されている。

このフラットパネルディテクタ４においては、被検者１を通過したＸ線像が変換膜４３上に投影されると、像の濃淡に比例した電荷信号（キャリア）が変換膜４３内に発生する。この電荷信号は、二次元アレイ状に配置された画素電極４５により収集され、静電容量４７に蓄積される。そして、共通電極４４にバイアス電圧を印加した状態で、ゲートドライバ５１によりゲートバスライン５２に電圧を印加することにより、各スイッチング素子４６のゲートＧがオン状態となる。これにより、静電容量４７に蓄積された電荷信号は、スイッチング素子４６におけるソースＳとドレインＤとを介して、データバスライン５５に読み出される。各データバスライン５５に読み出された電荷信号は、増幅器５４で増幅され、マルチプレクサ５３で１つの電荷信号にまとめられて出力される。この電荷信号は、Ａ／Ｄ変換器５でディジタル化され、Ｘ線検出信号として図１に示す制御部６に出力される。

このような構成を有するフラットパネルディテクタ４においては、ａ−Ｓｅ等からなる変換膜４３の特性から、製造プロセスにおいて欠損画素が発生する場合がある。そして、これらの欠損画素の一部は、フラットパネルディテクタ４を使用している間にその大きさが急激に成長する。本発明は、このような成長性の欠損であるか否かは、各画素の画素値の変動幅が一定以上であるか否かに基づいて判定が可能であることを本発明者が見いだしたことを基礎としている。

図４は、フラットパネルディテクタ４において撮像した複数フレームの画像において、複数の画素における画素値の変動を示すグラフである。

この図において、横軸はフラットパネルディテクタ４により撮影された画像のフレームを示し、縦軸は各画素の画素値を示している。すなわち、図１に示す画像処理部６１は、フラットパネルディテクタ４で撮影されたＸ線画像を、例えば、３２ＦＰＳ（Ｆｒａｍｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）で取り込んでいる。このため、画像処理部６１は、約１秒の間に図４に示すような各画素における画素値の平時的な変動を測定することができる。なお、このグラフにおいては、５個の画素の画素値のみを表示し、また、各画素の平均的な画素値が、約１０００となるように、各データをオフセット補正している。

この図に示すように、正常画素においては、ブラックピークと呼称される輝度が最も低い画素と、ホワイトピークと呼称される輝度が最も高い画素は、その画素値が各々１０００プラスマイナス２０程度の範囲内に収まっている。これに対して、不安定欠損となる欠損画素においては、ブラックピークと呼称される輝度が最も低い画素と、ホワイトピークと呼称される輝度が最も高い画素との間の変動幅が極めて大きくなっている。

次に、フラットパネルディテクタ４における各画素が成長性を有する欠損画素であるか否かを判定するこの発明に係る欠損画素の検出方法について説明する。図５は、欠損画素の検出方法を示すフローチャートである。

欠損画素を検出するためには、最初に、各画素の暗電流値を測定する（ステップＳ１）。このときには、フラットパネルディテクタ４における変換膜４３にＸ線を照射しない状態で、スイッチング素子４６を順次オンとすることにより、フラットパネルディテクタ４の各画素の電荷信号を画素値として検出する。この画素値の測定は、図４に示すように、経時的に連続して実行され、画像処理部６１はこのときの各画素の画素値を連続して取り込む。例えば、各画素の暗電流値は、そのフレームレートが３２ＦＰＳの速度で検出されて取り込まれる。この場合には、図４に示す各画素の画素値の経時的な測定値が、１秒で取り込まれることになる。この画素値は、各画素の経時的な暗電流値として、図１に示す記憶部６３に記憶される。

次に、このようにして経時的に測定した各画素の画素値から、連続して測定された画素値の変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えるか否かを演算する（ステップＳ２）。すなわち、各画素において、連続したフレーム間の画素値を減算処理する。そして、その演算結果である変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えていた場合には、その情報を記憶部６３に記憶する。なお、ここで使用される予め設定された欠損画素の変動幅は、実験的に求められ、記憶部６３に記憶されている。この予め設定された変動幅の画素値は、図４に示す実施形態の場合、例えば、２０程度とすることが好ましく、５０程度とすることがより好ましい。

次に、各画素に対して、連続して測定された画素値の変動幅が一定期間中に予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数を算出する（ステップＳ３）。例えば、図４に示すように、３２フレーム中（画素値を３２回測定する間）に、連続して測定された画素値の変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数が、４回以上であるか否かを測定する。なお、この４回という回数は、その画素が成長性を有する欠損となるか否かを判定するための回数である。この回数も、予め、実験的に求められ、記憶部６３に記憶されている。

以上の動作を全画素について終了すれば（ステップＳ４）、連続して測定された画素値の変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えた画素があり、かつ、その回数が４回以上であるか否かに基づいて、そのフラットパネルディテクタ４に成長性を有する欠損画素があるか否かを判定する（ステップＳ５）。

全画素について判定が終了し、欠損画素が発見されなかった場合には、そのフラットパネルディテクタ４は良好なものであると判断して処理を終了する。一方、欠損画素が発見された場合には、そのフラットパネルディテクタ４は、不良品であると判断される。この場合には、制御部６は、表示部６５にエラー表示を行い（ステップＳ６）、処理を終了する。

なお、上述した実施形態においては、３２回連続して測定された画素値の変動幅に対して、予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数が４回以上である場合に、欠損画素の認定を行っているが、この回数は４回に限定されるものではない。また、予め設定された欠損画素の変動幅を一度でも越えたら、その画素を欠損画素と認定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、連続して測定された画素値に注目して変動幅を認定しているが、例えば３２フレーム等の一定期間の間の最大の画素値と最小の画素値との差を、予め設定された欠損画素の変動幅と比較するようにしてもよい。

また、連続して測定された画素値の変動幅が、予め設定された欠損画素の変動幅を超えるか否かで欠損画素の判定を行う際に、連続して測定された画素値の変動幅の絶対値や、平均的な画素値との差の絶対値等を考慮するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、この発明に係る欠損画素の検出機構をＸ線撮影装置に組み込んでいるが、出荷前にのみこの発明に係る欠損画素の検出方法を実施してフラットパネルディテクタ４の検査を実行する場合には、そのための専用のソフトウエアおよびハードウエアを備えた欠損画素の検出装置を構成してもよい。

さらに、上述した実施形態においては、Ｘ線撮影装置に使用するフラットパネルディテクタ４にこの発明を適用した場合について説明したが、Ｘ線に感応する変換膜を備えたその他の二次元アレイＸ線検出器に対してもこの発明を適用することが可能である。

１ 被検者
２ テーブル
３ Ｘ線管
４ フラットパネルディテクタ
６ 制御部
７ Ｘ線管制御部
４１ ガラス基板
４２ ＴＦＴ
４３ 変換膜
４４ 共通電極
４５ 画素電極
４６ スイッチング素子
４７ 静電容量
５１ ゲートドライバ
５２ ゲートバスライン
５３ マルチプレクサ
５４ 増幅器
５５ データバスライン
６１ 画像処理部
６２ 演算部
６３ 記憶部
６４ 入力部
６５ 表示部

Claims (6)

1. Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備えた二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法において、
   Ｘ線を照射しない状態における各画素の画素値を、経時的に複数回測定する暗電流値測定工程と、
   前記暗電流値測定工程で測定した各画素の画素値の変動幅が一定以上の画素を、欠損画素と判定する判定工程と、
   を備えたことを特徴とする二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法。
2. 請求項１に記載の二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法において、
   前記判定工程においては、連続して測定された画素値の変動幅が、予め設定された欠損画素の変動幅を超える画素を欠損画素と判定する二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法。
3. 請求項２に記載の二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法において、
   前記判定工程においては、連続して測定された画素値の変動幅が一定期間中に予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数を測定し、この回数が設定回数以上の画素を欠損画素と判定する二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法において、
   前記二次元アレイＸ線検出器は、Ｘ線に感応し入射Ｘ線量に対応した電荷信号を出力する変換膜と、前記変換膜の表面に画素に対応して行列状に配置された複数の画素電極と、前記各画素電極に各々接続された電荷信号を蓄積する複数の蓄積容量と、前記画素電極に接続されたスイッチング素子と、信号の読み出し時にゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次オンとするゲートドライバと、前記各蓄積容量に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して読み出すデータ集積部と、を備え、
   前記暗電流値測定工程においては、前記変換膜にＸ線を照射しない状態で、前記スイッチング素子を順次オンとして各画素の電荷信号を検出する動作を経時的に複数回繰り返す二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出方法。
5. Ｘ線に感応する変換膜と、画素を区画する二次元アレイ状の検出素子とを備えた二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出装置において、
   Ｘ線を照射しない状態における各画素の画素値を経時的に複数回測定する暗電流値測定手段と、
   前記暗電流値測定手段で測定した各画素の画素値の変動幅と、予め設定された欠損画素の変動幅とを比較し、画素値の変動幅が欠損画素の変動幅を超える画素を欠損画素と判定する判定手段と、
   前記判定手段がいずれかの画素が欠損画素であると判定したときに、エラー表示を行う表示手段と、
   を備えたことを特徴とする二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出装置。
6. 請求項５に記載の二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出装置において、
   前記判定手段は、連続して測定された画素値の変動幅が予め設定された欠損画素の変動幅を超えた回数を測定し、この回数が設定回数以上の画素を欠損画素と判定する二次元アレイＸ線検出器における欠損画素の検出装置。

Images