JP2013211880A - 放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易画像処理表示の高速化を図る。
【解決手段】 放射線撮像装置は、撮像素子で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理回路と、その変換された信号データを間引き転送レートに従い、信号データを間引き制御するセレクター回路と、その信号処理回路により変換された撮像素子の暗電流に対する信号データと、間引き制御された信号データとに基づき暗電流補正を施した画像データを簡易表示画像として表示する表示制御部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被写体に放射線を照射し被写体を透過した放射線強度分布である被写体信号を、光電変換素子を含む撮像素子により形成する放射線撮像装置に関するものである。

対象物に放射線を照射し、対象物を透過した放射線の強度分布を検出し、対象物の放射線画像を得る方法は、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。対象物の放射線画像を得るための具体的な撮影方法で、最も一般的な方法は、放射線で蛍光を発するいわゆる"蛍光板"（もしくは、増感紙）と銀塩フィルムを組み合わせ、放射線を対象物を介して照射し、蛍光板で放射線を可視光に変換し、銀塩フィルム上に潜像を形成した後、この銀塩フィルムを化学処理し、可視像を得る方法である。この撮影方法で得られた放射線画像はいわゆるアナログ写真であり診断、検査等に使用される。

一方、最近では受像手段として微少な光電変換素子、スイッチング素子等からなる画素を格子状に配列した光電変換装置を使用し、デジタル画像を取得する技術が開発されている。ＣＣＤまたはアモルファスシリコンの２次元撮像素子上に蛍光体を積層した放射線撮影装置として、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５等が開示されている。これらの撮影装置は取得した画像データを即時に表示することが可能であり、直接デジタル撮影装置と呼べる。

デジタル撮影装置のアナログ写真技術に対する利点としては、次のことが挙げられる。

すなわち、フィルムレス化、画像処理による取得情報の拡大、データベース化等である。また、直接デジタル撮影装置の間接デジタル撮影装置に対する利点としては即時性が挙げられる。撮影した画像をその場で瞬時に表示出来ることは急を要する医療現場においては有利である。

米国特許第５４１８３７７号明細書 米国特許第５３９６０７２号明細書 米国特許第５３８１０１４号明細書 米国特許第５１３２５３９号明細書 米国特許第４８１０８８１号明細書

しかしながら、 ＣＣＤ、アモルファスシリコン等の受光方式によらず２次元撮像素子においては無信号状態でも暗電流が蓄積される特性があり、微少信号の撮影においてはノイズの一因となり、また高階調（＝４０９６階調程度）撮影においては画質を低下させる原因にもなる。また、この暗電流は周囲の温度等によって変化するため、一連の撮影シーケンスにおいて撮影する必要がある。そのため、撮影スタートからモニターに表示するには３〜４秒程度の時間がかかってしまう。

このデジタル画像を取得する放射線撮影装置の構成図を図５に示す。図５において、１は放射線撮像手段（以下、「センサユニット」とする。）、２はコントロールＰＣ、２０はモニター、２１はプリンター、２２はデータ保存装置である。

１０１は２次元撮像素子であり、１０２は２次元撮像素子１０１から出力される撮像信号レベルのゲイン調整をするアンプ回路である。１０３はアナログの撮像信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器であり、１０４はＡ／Ｄ変換器１０３より出力されるデジタル信号を１ライン分記憶させるためのラインメモリ、１０５は２つのラインメモリ１０４の出力を１ラインのシリアル信号出力に変換するマルチプレクスＩＣである。

また、２次元撮像素子１０１で必要とされる駆動パルスやＡ／Ｄ変換器１０３で必要とされるサンプリングパルスおよびその他の必要なタイミング信号はパルス発生器１０８より供給される。パルス発生器１０８は１０９のＭＰＵによりコントロールされている。１０７はマルチプレクスＩＣ１０５の出力をコントロールＰＣ２に転送するための通信ＩＣである。コントロールＰＣ２は通信ＩＣ１０７から転送されたデジタル信号を画像処理し、接続されたモニター２０に表示したり、プリンター２１に印刷したり、データ保存装置２２に記憶する。

以下に図６及び図５を用いて撮影シーケンスを説明する。

図６（ａ）は２次元撮像素子の状態の遷移を示し、同（ｂ）はコントロールＰＣの動作を表す。

撮影スタートの要求があると２次元撮像素子は、撮影スタンバイ状態から２次元撮像素子の各撮影素子をリセットした均一状態にされ、Ｘ線の曝射が行われると同時に電荷の蓄積が始まる。この信号蓄積の時間ＰＱは、Ｘ線の照射時間に比例している。蓄積された信号電荷はＳ信号としてアンプ回路１０２に読み出され、順次Ａ／Ｄ変換器１０３でデジタル信号に変換され、コントロールＰＣ２にＳ信号に基づく画像データＳＱとして転送される。このときの転送時間をＴＳＱとする。

Ｓ信号の読み出しが終了すると（Ｓ信号の転送が終了すると）、２次元撮像素子の状態はリセット状態となり、Ｓ信号撮影時と同じ蓄積時間ＰＱで暗電流の信号蓄積を行う。蓄積された信号電荷はＦ信号として読み出され、Ｓ信号と同様に信号処理され、コントロールＰＣ２にＦ信号に基づく画像データＦＱとして転送される。このときの転送時間をＴＦＱとする。転送終了後、２次元撮像素子は次の撮影要求があるまで撮影スタンバイ状態として待機する。

コントロールＰＣ２はスタンバイ状態から、２次元撮像素子で撮像したＳ信号に基づく画像データＳＱをセンサユニット１から受付け、格納する。この転送が終了すると、再びスタンバイ状態に戻る。

暗電流に対応するＦ信号も同様にセンサユニット１から転送され、これをコントロールＰＣは画像データＦＱとして受付け、格納する。このときの転送時間をＴＦＱとする。

Ｓ信号及びＦ信号の転送時間ＴＳＱ及びＴＦＱは、それぞれ信号の読み出し時間と同じである。

Ｆ信号の転送が完了すると、次にコントロールＰＣは、簡易画像表示を行うための簡易画像処理を行う。まず、転送された画像データＳＱから画像データＦＱを減算処理することで暗電流補正（暗電流補正（ＱＱ）＝ＳＱ−ＦＱ）を行う。従来例において２次元撮像素子の総画素数は２６８８×２６８８画素で、その各辺１／８の３３６×３３６画素をモニターに表示させる画像処理を行う。この画像処理時間をＴＰＱとし、モニターに表示される表示画像をＱＱ、 Ｘ線曝射からモニター表示までの時間をｔＱとする。

この簡易画像表示はＸ線の線量や撮影画像のブレや位置を確認するための表示で、この画像において検査や診断を行うものではなく、あくまでも、撮像の結果の概略を表示するものである。次に暗電流補正した画像データを用いて、検査や診断を行うための最適な画像処理（これを、「本画像処理」という）を行い、その結果をデータ保存装置２２に保存する。

また、必要に応じてこの撮像画像ファイルを呼び出し、モニター２０に表示させたり、プリンター２１に印刷したりすることが可能である。

従来例の構成においては、センサユニット１内にフレームメモリを持たないため、簡易画像表示にもかかわらず、コントロールＰＣ２に全画素の画像データを転送しなければならず、その転送レートは信号の読み出しレートと同じであることが要求される。従って、モニター表示という観点から簡易画像処理と本画像処理とを比較すると、差異がないことになる。このような構成において、簡易画像の表示の高速化を図るためには、例えば１４ビットの画像データをシリアル転送する場合８００Ｍｂｐｓ程度の転送レートになる。そのために、特殊で高価な通信回路が必要になる。

上記課題を解決するべく、本発明にかかる放射線撮像装置は、主として以下の構成を有することを特徴とする。

すなわち、放射線撮像装置は、
撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記信号処理手段により変換された信号データをフレーム画像データとして格納するフレーム画像格納手段と、
前記フレーム画像格納手段に格納されたフレーム画像データに基づき、画像表示をする表示制御手段に、該データを転送する通信手段と、
を備え、前記通信手段の転送レートは、前記撮像手段からの信号読み出しレートよりも遅いことを特徴とする。

あるいは、放射線撮像装置は、
撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記変換された信号データを間引き転送レートに従い、該信号データを間引き制御するセレクター手段と、
前記信号処理手段により変換された、前記撮像手段の暗電流に対する信号データと、前記間引き制御された信号データと、に基づき暗電流補正を施した画像データを簡易表示画像として表示する表示制御手段とを備えることを特徴とする。

上記の放射線撮像装置において、前記セレクター手段の間引き転送レートは、前記撮像手段の信号読み出しレートよりも遅いことを特徴とする。

上記の放射線撮像装置において、前記フレーム画像格納手段は、前記撮像手段の少なくとも１フレーム分のフレーム画像データを格納することを特徴とする。

上記の放射線撮像装置において、前記表示制御手段による前記暗電流補正に基づく表示画像の生成は、間引き制御をしない信号データであって、前記撮像手段の撮像による電荷信号の受信前に処理されることを特徴とする。

本発明にかかる放射線撮影装置によれば、フレーム画像データを格納するメモリを設けることにより、表示制御部への画像データの転送レートを、撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になる。

また、フレーム画像データの格納と同調し、セレクター回路は、画像データの間引き制御を行ない、この間引き制御した画像データに基づき、表示制御は簡易画像表示をＸ線曝射から短時間に表示することを可能にする。

本発明の実施形態にかかる放射線撮影装置の構成を説明するブロック図である。 本発明の第１の実施形態にかかる放射線撮影装置の撮影シーケンスを説明する図である。 本発明の第２の実施形態にかかる放射線撮影装置の撮影シーケンスを説明する図である。 本発明の第３の実施形態にかかる放射線撮影装置の撮影シーケンスを説明する図である。 従来例の構成を説明するブロック図である。 従来例における撮影シーケンスを示す図である。

＜実施形態１＞
本発明にかかる放射線撮影装置の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、放射線撮影装置の構成を説明するブロック図である。ここで、図１は、図５の従来例の構成図の構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してあり、従来例で説明したものに関しては詳細な説明を省略する。

また、図１において、２次元撮像素子１０１から出力される撮像信号出力線は２本であるが、図面を簡略化するためのもので、実際に出力される撮像信号の出力線の数を規定するものではない。

図１に示す１０６はマルチプレクスＩＣ１０５から出力される信号出力を少なくとも１フレーム分記憶するためのフレームメモリであり、１１０は簡易画像表示のために、信号出力を間引き転送するためのセレクター回路である。

以下、図１及び図２を用いて撮影シーケンスを説明する。

図２（ａ）は２次元撮像素子の状態の遷移を示し、（ｂ）はフレームメモリの状態を示し、（ｃ）はコントロールＰＣの動作を表す。

２次元撮像素子の状態、図２（ａ）において、図中のｎは撮影回数を表す。この処理シーケンスの内容に関しては、図６（ａ）の従来例の撮影シーケンスと同様である。

撮影スタンバイの状態で、撮影スタートの要求があると２次元撮像素子１０１は、撮影スタンバイ状態から２次元撮像素子の各撮影素子をリセットされた均一状態になり、Ｘ線の曝射が行われると同時に電荷の蓄積が始まる。この信号蓄積の時間ＰｎはＸ線の照射時間に比例したものとなる。蓄積された信号電荷はＳ信号としてアンプ（ＡＭＰ）回路１０２により読み出され、Ａ／Ｄ変換器１０３、ラインメモリ１０４、マルチプレクスＩＣ１０５により信号処理が行われ、デジタル信号に変換されたＳ信号は、順次フレームメモリ１０６に書き込まれる（図２（ｂ））。

２次元撮像素子はフレームメモリ１０６に対してＳ信号の読み出しを終えると、リセットして均一状態に戻し、次にＳ信号撮影時と同じ蓄積時間Ｐｎで暗電流の信号蓄積を行う。蓄積された信号電荷はＦ信号として読み出され、Ｓ信号と同様に信号処理され、フレームメモリ１０６に書込まれる。

Ｆ信号の読み出しが終了すると、２次元撮像素子は、次の撮影要求があるまで撮影スタンバイ状態に戻る。

フレームメモリ１０６への書込みと同時に、セレクター１１０でＭ画素に１画素の割合で順次コントロールＰＣ２に信号の間引き転送が行われる。ここで、「Ｍ」はモニター２０の表示可能画素に適する値として決定される。本実施形態においては、２次元撮像素子の総画素数は２６８８×２６８８画素であり、モニターの表示可能画素は３３６×３３６画素であるため、Ｍ＝８（Ｍ＝２６８８／３３６）となる。従って、コントロールＰＣ２への転送レートも８画素に１画素の割合で転送することができるので、転送レートは信号読み出しレートの１／８になる。コントロールＰＣ２に転送される、間引きされたＳ信号に対する画像データを「画像データＳＳ」とする（図２（ｃ））。

コントロールＰＣ２は、転送された間引き画像データＳＳを用いて画像処理を行い簡易画像表示のための表示制御を行なう。この画像処理で使用する暗電流画像データは、コントロールＰＣ内に記憶されている前回の撮影で取得した暗電流画像データ（Ｆｎ−１）を用いて暗電流補正を行う。すなわち、暗電流補正が施された画像データは間引き画像データＳＳから前回の撮像における暗電流画像データを引いた画像となり、この暗電流補正がされた表示画像をＱｎとすると、Ｑｎは以下の式により定義される。

暗電流補正を施した画像データ（Ｑｎ）＝ＳＳ−Ｆｎ−１
この画像処理時間をＴＰｎとすると、画像処理時間ＴＰｎは画像の間引きが１／８の転送レートで処理されるため、２次元撮像素子全体における処理時間は、従来例と比較した場合、１／６４になり処理時間の短縮化が図れる（ＴＰｎ（図２（ｃ））＜ＴＰＱ（図６（ｂ））。

また、Ｘ線曝射からモニター表示までの時間ｔｎは、従来例におけるモニター表示までの時間ｔＱと比較すると大幅に短縮される（ｔｎ＜ｔＱ）。

簡易画像処理における暗電流信号を前回の撮像で取得した信号を利用することにより、暗電流信号の蓄積、信号処理、転送を待たずに簡易画像処理を先行して行なうことで、処理時間の短縮を図ることができる。

表示画像Ｑｎは、従来例で表示される画像ＱＱと比較した場合、同等とは言えないが、モニターの性能（本実施形態で使用されるモニターは、解像度３３６×３３６、６４から１２８階調程度）や、簡易画像表示であり、検査や診断を行うものではないことを考慮すれば十分満足できる画像である。

コントロールＰＣ２で簡易画像処理が終了すると、フレームメモリ１０６に記憶されたＳ信号画像データ及びＦ信号画像データは任意の転送レートでコントロールＰＣ２に転送され、コントロールＰＣ２はＳ信号、Ｆ信号の転送を受付け、格納する。

次に、本実施形態においては、フレームメモリ１０６の容量は１フレーム分であるので、Ｆ信号をフレームメモリに書き込む前にＳ信号の転送を始めているが、フレームメモリの容量が２フレーム以上ある場合は、コントロールＰＣへの転送順序は規定しない。また、この転送レートもフレームメモリがあることで、信号読み出しレートより遅くすることが可能になる。

フレームメモリ１０６から転送される、間引きをしないＳ信号に対する画像データＳｎから、Ｆ信号に対する画像データＦｎを減算処理し暗電流補正を行い、検査や診断を行うための最適な画像処理（本画像処理）を行い、その結果をデータ保存装置２２に保存し、また、必要に応じてこの撮像画像ファイルを呼び出しモニター２０に表示させたり、プリンター２１に印刷したりすることが可能である。

以上説明したように、本実施形態にかかる放射線撮影装置によれば、フレーム画像データを格納するメモリを設けることにより、表示制御部への画像データの転送レートを、撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になる。

また、フレーム画像データの格納と同調し、セレクター回路は、画像データの間引き制御を行ない、この間引き制御した画像データに基づき、表示制御は簡易画像表示をＸ線曝射から短時間に表示することを可能にする。本実施形態によれば、従来例で３〜４秒程度かかった時間を２秒程度に短縮することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明に係る第２の実施形態を図３を用いて説明する。図３において、図２の実施形態１の撮影シーケンスと同じ構成要素については同じ符号を付し、重複する部分に関しては詳細な説明を省略する。

本実施形態は図３（ｃ）の簡易画像処理において表示画像ＱＦを求めるための暗電流補正の処理が実施形態１と暗電流補正と異なっている。本実施形態で使用する暗電流補正信号は、コントロールＰＣ２内にあらかじめ保存された暗電流画像データＦＦを使用する。従って、暗電流補正された表示画像ＱＦは、フレームメモリ１０６から間引き転送された画像データＳＳから暗電流補正信号ＦＦを減算した以下の式により定義される。

暗電流補正を施した画像データ（ＱＦ）＝ＳＳ−ＦＦ
この暗電流画像データＦＦは、複数回の暗電流画像データの平均をとって得られた平均値であり、複数回平均を取ることで撮像素子がもっているランダムノイズを無視することのできる暗電流画像データとなる。なお実際に減算処理する暗電流画像データＦＦは、Ｓ信号の蓄積時間Ｐｎに蓄積された暗電流に比例する値に変換されたものを使う。ここで表示される画像ＱＦは、従来例で表示される画像ＱＱと比較した場合、同等とは言えないが、モニターの性能、簡易画像表示であることを考慮すれば十分満足できる画像である。

以上説明したように、本実施形態にかかる放射線撮影装置でも同様に、コントロールＰＣ２への画像信号の転送レートを、２次元撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になり、システム設計の自由度が増し、特殊で高価な通信回路も必要なくなる。

また、Ｘ線を曝射させてから簡易画像表示までにかかる時間を大幅に短縮することが可能である。

以上説明したように、本実施形態にかかる放射線撮影装置でも同様に、フレーム画像データを格納するメモリを設けることにより、表示制御部への画像データの転送レートを、撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になる。

また、フレーム画像データの格納と同調し、セレクター回路は、画像データの間引き制御を行ない、この間引き制御した画像データに基づき、表示制御は簡易画像表示をＸ線曝射から短時間に表示することを可能にする。

＜実施形態３＞
次に、本発明に係る第３の実施形態を図４を用いて説明する。図４において、図２の実施形態１の撮影シーケンスと同じ構成要素については同じ符号を付し、重複する部分に関しては詳細な説明を省略する。

本実施形態は図４（ｃ）に示すように、コントロールＰＣ２の動作において、簡易画像処理を２回行なう点で第１及び第２の実施形態と異なる。

簡易画像処理１においては、実施形態１と同様に暗電流補正には、間引き画像データＳＳと前回の撮影で取得した暗電流画像データＦｎ−１を用いて暗電流補正を行う。ここで、簡易画像処理１の結果モニターに表示される表示画像はＱｎとなり、以下の式で定義される。

暗電流補正を施した画像データ（Ｑｎ）＝ＳＳ−Ｆｎ−１
ここで表示される画像Ｑｎは実施形態１で表示される画像と同じであり、またＸ線曝射から画像の表示までの時間ｔｎも同じである。

簡易画像処理の後、フレームメモリ１０６より本画像処理のためのＳ信号、Ｆ信号の転送を受付け、Ｆ信号転送後に２回目の簡易画像処理２が開始する。この簡易画像処理２で行われる暗電流補正には、フレームメモリ１０６より転送された、Ｓ信号に基づく画像データＳｎとＦ信号に基づく画像データＦｎを用いて暗電流補正を行う。この暗電流補正を施した画像データＲｎは以下の式により定義される。

暗電流補正を施した画像データ（Ｒｎ）＝Ｓｎ−Ｆｎ
ここで表示される画像Ｒｎは、間引きがされていないＳ信号に基づくものであり、最初の簡易画像処理１に比べ高品位の画像となる。

本実施形態における放射線撮像装置によれば、２回の簡易画像処理のうち、１回目の処理により、Ｘ線曝射から画像表示までを短縮した表示を行ない、２回目の表示により簡易画像の品位を落とさない高品位の表示をすることが可能になる。

Claims (9)

1. 放射線撮像装置であって、
   撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
   前記信号処理手段により変換された信号データをフレーム画像データとして格納するフレーム画像格納手段と、
   前記フレーム画像格納手段に格納されたフレーム画像データに基づき、画像表示をする表示制御手段に、該データを転送する通信手段と、
   を備え、
   前記通信手段の転送レートは、前記撮像手段からの信号読み出しレートよりも遅いことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 放射線撮像装置であって、
   撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
   前記変換された信号データを間引き転送レートに従い、該信号データを間引き制御するセレクター手段と、
   前記信号処理手段により変換された、前記撮像手段の暗電流に対する信号データと、前記間引き制御された信号データと、に基づき暗電流補正を施した画像データを簡易表示画像として表示する表示制御手段と、
   を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
3. 前記暗電流補正において、暗電流信号は、前回分の撮像における暗電流データとして格納されているデータであることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記撮像手段は、該撮像手段が放射線に感応し、入射放射線量に応じた電気信号を出力する2次元撮像素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
5. 前記フレーム画像格納手段は、前記撮像手段の少なくとも１フレーム分のフレーム画像データを格納することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
6. 前記間引き転送レートは、前記撮像手段の全画素データと、前記表示画像として表示に必要な最小の画素データとの比率から決定されることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
7. 前記暗電流補正において、暗電流信号は、複数回の撮像における暗電流データの平均値として格納されているデータであることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
8. 前記表示制御手段による前記暗電流補正に基づく表示画像の生成は、間引き制御をしない信号データであって、前記撮像手段の撮像による電荷信号の受信前に処理されることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
9. 前記表示制御手段は、
   間引き制御をしない信号データであって、前記撮像手段の撮像による電荷信号の受信前に暗電流補正処理がされる、第１の表示画像と、
   前記撮像手段の撮像に対する暗電流信号の受信後に暗電流補正処理がされる、第２の表示画像と、を表示制御することを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。

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