JP2014013950A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い入射線量範囲で高い感度補正精度の画像を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】互いに異なる複数のＸ線の線量の一様照射から複数のゲイン補正用画像を取得し、その取得された複数のゲイン補正用の画像から、Ｘ線が入射される線量を示す入射線量と、ゲイン補正用画像の画素値（出力値）との関係を表したゲイン補正係数の近似式（一次式ｆ（ｘ）、多項式ｇ（ｘ））を求める。その近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正することで、特定線量以外の広い入射線量範囲で高い感度補正精度の画像を取得することができる。より好ましくは、低線量領域では一次式ｆ（ｘ）で近似し、高線量領域では多項式ｇ（ｘ）で近似する。
【選択図】図５

Description

この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野などに用いられる撮像装置に関する。

電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置についてＸ線を入射して電荷情報に変換する場合を例に採って説明する。撮像装置は、Ｘ線感応型のＸ線変換層を備えており、Ｘ線の入射によりＸ線変換層はキャリア（電荷情報）に変換する。Ｘ線変換層としては非晶質の半導体としてアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）膜、近年では多結晶化合物半導体としてＣｄＴｅ膜が用いられる。

また、撮像装置は、Ｘ線変換層で変換されたキャリアを蓄積して読み出す回路を備えている。この回路は、図６に示すように、２次元状に配列した複数のゲートラインＧおよびデータラインＤで構成されているとともに、キャリアを蓄積するコンデンサＣａおよびそのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアをＯＮ／ＯＦＦの切り換えで読み出す薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒを２次元状に配列して構成されている。ゲートラインＧは、各々の薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御し、かつ各々の薄膜トランジスタＴｒのゲートに電気的に接続されている。データラインＤは、薄膜トランジスタＴｒの読み出し側に電気的に接続されている。

各々のコンデンサＣａや各々の薄膜トランジスタＴｒなどで各検出素子を構成しており、ゲートラインＧを選択することで、その選択されたゲートラインＧに電気的に接続された検出素子を駆動させてキャリアの読み出しを行う。

ところで、アンプの出力は個々にバラツキがあり、ゲイン（利得）を調整するゲイン補正（感度補正）を行う必要がある。従来のゲイン補正（感度補正）方法では、ある線量での一様照射に基づいてゲイン補正用画像（一様照射画像）を取得する。取得された一様照射画像から画素毎に利得補正係数（ゲイン補正係数）を算出し、全ての画素の出力値（画素値）が一定になるように、画素毎に算出された係数で処理することで画素毎のバラツキを低減させて出力値を均一にする。例えば、図７（ｂ）に示すように、全画素の平均値をＡ、図７（ａ）に示すように、一様照射画像の画素１の出力をｆ、画素２の出力をｇ、画素３の出力をｈ、画素４の出力をｉとすると、画素１の出力に係数Ａ／ｆ、画素２の出力に係数Ａ／ｇ、画素３の出力に係数Ａ／ｈ、画素４の出力に係数Ａ／ｉを乗算することで、画素の出力値をＡに均一にする。そして、実際の画像を取得したら、これらの係数を各画素毎の画素値に乗算して処理するゲイン補正を行うことで、画素毎のバラツキが低減した画像が得られる。

なお、マップやテーブルに補正係数を予め記憶して画素毎に補正する技術としては、ゲイン補正以外にも、ダーク信号量の減算を行う手法がある。具体的に説明すると、Ｘ線の照射時とは関係なく、Ｘ線の非照射時においても暗電流は存在し、非照射時の暗電流がダーク信号（「暗電流信号」とも呼ばれる）として読み出される。そして、ダーク信号を読み出して測定して、そのダーク信号量の減算を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３１２８０５号公報

しかしながら、従来の感度補正方法では、ある特定線量のみでゲイン補正を行うので、補正の対象となる画像における入射線量が当該特定線量から外れれば外れるほど、補正感度が悪化する問題がある。この問題は、Ｘ線変換層の材料としてアモルファスセレンでなく、ＣｄＴｅ膜などに代表される多結晶化合物半導体を使用した場合に顕著になる。ＣｄＴｅ膜の感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きいからである。

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、広い入射線量範囲で高い感度補正精度の画像を取得することができる撮像装置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、この発明の撮像装置は、光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する変換層と、その変換層で変換された電荷情報を蓄積して読み出す蓄積・読み出し回路とを備え、その蓄積・読み出し回路で読み出された電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置であって、互いに異なる複数の光または放射線の線量の一様照射からゲイン補正に用いられるための複数の画像を取得する画像取得手段と、その画像取得手段で取得された複数の画像から、光または放射線が入射される線量を示す入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と、前記画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表したゲイン補正係数の近似式を求める近似式算出手段と、その近似式算出手段で求められた前記近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正するゲイン補正手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］上述の特許文献１のダーク信号量を含んだ信号と蓄積時間とを一次関数で線形補間する技術のように、ゲイン補正においても線形補間することで、特定線量以外のゲイン補正を行うことが可能である。具体的には、図８に示すように、出力値（すなわち画素値）を横軸にとり、入射線量を縦軸にとったグラフで、一様照射で得られて測定された特定線量での出力値（図８中の●を参照）とグラフの原点とを直線で結んで線形補間することで、特定線量以外の広い入射線量範囲でゲイン補正を行うことが可能である。しかし、上述したように、感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きい変換層を用いた場合には、図８に示す線形補間では補正感度が向上されない。そこで、この発明の撮像装置によれば、互いに異なる複数の光または放射線の線量の一様照射から画像取得手段はゲイン補正に用いられるための複数の画像を取得する。その画像取得手段で取得された複数の画像から、光または放射線が入射される線量を示す入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と、画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表したゲイン補正係数の近似式を近似式算出手段は求める。その近似式算出手段で求められた近似式は、線形補間で得られたものでなく、複数の入射線量と画像取得手段で取得された複数の画像から得られて近似されたものであるので、たとえ感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きい変換層を用いたとしても、その近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正手段がゲイン補正することで、特定線量以外の広い入射線量範囲で高い感度補正精度の画像を取得することができる。

なお、入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表した近似式の領域にわたって、全領域で同じ近似式を用いると補正感度が全領域で向上される訳ではないことが判明した。例えば、近似式が多項式の場合には、全領域で同じ多項式を用いると、入射線量が多い領域（高線量領域）での補正感度は改善されるが、入射線量が少ない領域（低線量領域）での補正精度が悪化することが判った。

図９では、アモルファスセレンを用いて近似式によりゲイン補正を行ったときの入射線量（図９では「線量」で表記）に対するＳＮ比（図９では「Ｓ／Ｎ」で表記）の変化を示している。図９中の「２×２」とは縦横２×２画素（合計４画素）を１つの画素にまとめたビニングモードを示す。なお、ビニングモードでは、１つの画素にまとめる際には対象となる複数の画素の画素値を加算したのをビニング後の画素の画素値としてもよいし、対象となる複数の画素の画素値を加算平均（相加平均）したのをビニング後の画素の画素値としてもよい。図９中の「２×２ Ｓｅ１次」とは、ビニングモードにおいてアモルファスセレンを用いて一次式によりゲイン補正を行ったときの入射線量に対するＳＮ比であり、図９中の「２×２ Ｓｅ３次」とは、ビニングモードにおいてアモルファスセレンを用いて三次式によりゲイン補正を行ったときの入射線量に対するＳＮ比であり、図９中の「２×２ Ｓｅ１次＋２次」とは、ビニングモードにおいてアモルファスセレンを用いて低線量領域では一次式により、高線量領域では二次式によりゲイン補正を行ったときの入射線量に対するＳＮ比である。低線量領域では一次式により、高線量領域では二次式によりゲイン補正を行う際には、図９では、点線よりも線量が少ない領域で一次式によるゲイン補正を行い、点線よりも線量が多い領域で二次式によるゲイン補正を行う。

図９の■に示すように、一次式によりゲイン補正を行ったときには低線量領域ではＳＮ比が向上するが、高線量領域ではＳＮ比が頭打ちになっている。したがって、ＣｄＴｅ膜などに代表される多結晶化合物半導体を用いた場合には、高線量領域では補正精度が悪化するのが見込まれる。また、図９の▲に示すように、三次式によりゲイン補正を行ったときには高線量領域ではＳＮ比が向上するが、低線量領域では一次式のときよりもＳＮ比が低い。したがって、ＣｄＴｅ膜などに代表される多結晶化合物半導体を用いた場合には、低線量領域では補正精度が悪化するのが見込まれる。一方、図９の●に示すように、低線量領域では一次式により、高線量領域では二次式によりゲイン補正を行ったときには、全領域にわたってＳＮ比が向上している。

以上のことを鑑みると、上述した発明において、入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表した近似式の領域を、入射線量の大きさに応じて複数の領域に分割して、分割された各々の領域内で入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表した近似式をそれぞれ求め、互いに隣り合う領域の近似式を滑らかに接続することで、上述の近似式算出手段は、全領域での近似式を求めるのが好ましい。ここで、「滑らかに接続する」とは、互いに隣り合う領域間の境界をｘ_０とし、各近似式をそれぞれｆ（ｘ），ｇ（ｘ）としたときに、ｆ（ｘ_０）＝ｇ（ｘ_０）、ｆ´（ｘ_０）＝ｇ´（ｘ_０）の境界条件をともに満たすことを示す。ここで、ｆ´（ｘ）はｆ（ｘ）をｘで微分したものであり、ｇ´（ｘ）はｇ（ｘ）をｘで微分したものである。なお、一次微分のみならず、二次微分においても、ｆ´´（ｘ_０）＝ｇ´´（ｘ_０）の境界条件を満たすようにしてもよい。このように全領域での近似式を求めることで、各領域で感度特性が異なる場合であっても、全領域にわたって高い感度補正精度の画像を取得することができる。

さらに、近似式を一次式あるいは多項式で近似し、入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で近似式算出手段は近似する。ここでの多項式は、一次式を除いた式であって、二次式以上を含む。後述する図５に示すように、出力値を横軸にとり、入射線量を縦軸にとると、入射線量が多くなるにしたがって近似式の傾きが大きくなって、入射線量がどんなに多くなっても、出力値が所定の値に飽和することが予想される。したがって、入射線量が少ない領域（低線量領域）では低次の多項式（一次式を含む）で近似し、入射線量が多い領域（高線量領域）では高次の多項式で近似することで、入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で近似する。このように近似することで、近似式を一次式あるいは多項式で表現して、全領域にわたって高い感度補正精度の画像を取得することができる。

さらに、上述の分割された領域のうち、最も入射線量が少ない領域では一次式で近似するとともに、それ以外の領域では多項式で近似式算出手段は近似する。最も入射線量が少ない領域では一次式による線形補間が可能で、一次式によりゲイン補正を行うことで、図９の●に示すように、ＳＮ比が向上し、それ以外の領域では、多項式によりゲイン補正を行うことでＳＮ比が向上する。

上述したこれらの発明において、変換層の一例は、多結晶化合物半導体である。多結晶化合物半導体の場合には、上述したようにその感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きいので、この発明を適用することでゲイン補正による効果が大きい。もちろん、非晶質の化合物半導体あるいは半導体単体、あるいは多結晶半導体に適用してもよい。多結晶化合物半導体の一例は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅである。

この発明に係る撮像装置によれば、互いに異なる複数の光または放射線の線量の一様照射から画像取得手段はゲイン補正に用いられるための複数の画像を取得し、その画像取得手段で取得された複数の画像から、光または放射線が入射される線量を示す入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と、画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表したゲイン補正係数の近似式を近似式算出手段は求め、その近似式算出手段で求められた近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正手段がゲイン補正することで、特定線量以外の広い入射線量範囲で高い感度補正精度の画像を取得することができる。

実施例に係るＸ線撮影装置の概略ブロック図である。 Ｘ線撮影装置のＸ線変換層周辺の概略断面図である。 Ｘ線撮影装置の電荷電圧変換アンプやＡ／Ｄ変換器の周辺回路図である。 一連の制御シーケンスの流れを示すフローチャートである。 感度特性の実測データである。 従来のＸ線撮影装置の概略ブロック図である。 ゲイン補正の説明に供する模式図であって、（ａ）はゲイン補正前の画素値、（ｂ）はゲイン補正後の画素値である。 線形補間の模式図である。 それぞれでゲイン補正を行ったときの入射線量に対するＳＮ比の変化のグラフである。

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線撮影装置の概略ブロック図であり、図２は、Ｘ線撮影装置のＸ線変換層周辺の概略断面図であり、図３は、Ｘ線撮影装置の電荷電圧変換アンプやＡ／Ｄ変換器の周辺回路図である。本実施例では、入射する放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、撮像装置としてＸ線撮影装置を例に採って説明する。

本実施例に係るＸ線撮影装置は、被検体にＸ線を照射して撮像を行う。具体的には、被検体を透過したＸ線像がＸ線変換層（本実施例ではＣｄＴｅ膜）上に投影されて、像の濃淡に比例したキャリア（電荷情報）が層内に発生することでキャリアに変換される。

Ｘ線撮影装置は、図１に示すように、後述するゲートラインＧを選択するゲート駆動回路１と、Ｘ線変換層２３（図２を参照）で変換されたキャリアを蓄積して読み出すことでＸ線を検出する検出素子用回路２と、その検出素子用回路２で読み出されたキャリアを電圧に変換した状態で増幅する電荷電圧変換アンプ３と、その電荷電圧変換アンプ３で増幅された電圧のアナログ値からディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４と、そのＡ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換された電圧値に対して信号処理を行って画像を得る画像処理部５と、これらの回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５や後述するメモリ部７やモニタ９などを統括制御するコントローラ６と、処理された画像などを記憶するメモリ部７と、入力設定を行う入力部８と、処理された画像などを表示するモニタ９とを備えている。本明細書では、キャリアや画像などの情報を、画像に関する画像情報とする。Ｘ線変換層２３は、この発明における変換層に相当し、検出素子用回路２は、この発明における蓄積・読み出し回路に相当する。

ゲート駆動回路１は複数のゲートラインＧに電気的に接続されている。ゲート駆動回路１から各ゲートラインＧに電圧を印加することで、後述する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＴｒをＯＮにして後述するコンデンサＣａに蓄積されたキャリアの読み出しを開放し、各ゲートラインＧへの電圧を停止する（電圧を−１０Ｖにする）ことで、薄膜トランジスタＴｒをＯＦＦにしてキャリアの読み出しを遮断する。なお、各ゲートラインＧに電圧を印加することでＯＦＦにしてキャリアの読み出しを遮断し、各ゲートラインＧへの電圧を停止することでＯＮにしてキャリアの読み出しを開放するように、薄膜トランジスタＴｒを構成してもよい。

検出素子用回路２は、２次元状に配列した複数のゲートラインＧおよびデータラインＤで構成されているとともに、キャリアを蓄積するコンデンサＣａおよびそのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアをＯＮ／ＯＦＦの切り換えで読み出す薄膜トランジスタＴｒを２次元状に配列して構成されている。ゲートラインＧは、各々の薄膜トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御し、かつ各々の薄膜トランジスタＴｒのゲートに電気的に接続されている。データラインＤは、薄膜トランジスタＴｒの読み出し側に電気的に接続されている。

説明の便宜上、本実施例では、縦・横式２次元マトリックス状配列で10×10個の薄膜トランジスタＴｒおよびコンデンサＣａが形成されているとする。すなわち、ゲートラインＧは、１０本のゲートラインＧ１〜Ｇ１０からなり、データラインＤは、１０本のデータラインＤ１〜Ｄ１０からなる。各ゲートラインＧ１〜Ｇ１０は、図１中のＸ方向に並設された１０個の薄膜トランジスタＴｒのゲートにそれぞれ接続され、各データラインＤ１〜Ｄ１０は、図１中のＹ方向に並設された１０個の薄膜トランジスタＴｒの読み出し側にそれぞれ接続されている。薄膜トランジスタＴｒの読み出し側とは逆側にはコンデンサＣａが電気的に接続されており、薄膜トランジスタＴｒとコンデンサＣａとの個数が一対一に対応する。

また、検出素子用回路２は、図２に示すように、検出素子ＤＵが２次元マトリックス状配列で絶縁基板２１にパターン形成されている。すなわち、絶縁基板２１の表面に、各種真空蒸着法による薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法によるパターン技術を利用して、上述したゲートラインＧ１〜Ｇ１０およびデータラインＤ１〜Ｄ１０を配線し、薄膜トランジスタＴｒ，コンデンサＣａ，キャリア収集電極２２，Ｘ線変換層２３および電圧印加電極２４を順に積層形成することで構成されている。

Ｘ線変換層２３は、Ｘ線感応型の半導体厚膜で形成されており、本実施例では、ＣｄＴｅ膜で形成されている。Ｘ線変換層２３は、Ｘ線の入射によりＸ線の情報を電荷情報であるキャリアに変換する。なお、Ｘ線変換層２３は、Ｘ線の入射によりキャリアが生成されるＸ線感応型の物質であれば、ＣｄＴｅに限定されない。また、Ｘ線以外の放射線（γ線など）を入射して撮像を行う場合には、Ｘ線変換層２３の替わりに、放射線の入射によりキャリアが生成される放射線感応型の物質を用いてもよい。また、光を入射して撮像を行う場合には、Ｘ線変換層２３の替わりに、光の入射によりキャリアが生成される光感応型の物質を用いてもよい。

キャリア収集電極２２は、コンデンサＣａに電気的に接続されており、Ｘ線変換層２３で変換されたキャリアを収集してコンデンサＣａに蓄積する。このキャリア収集電極２２も、薄膜トランジスタＴｒおよびコンデンサＣａと同様に、縦・横式２次元マトリックス状配列で多数個（本実施例では10×10個）形成されている。それらキャリア収集電極２２，コンデンサＣａおよび薄膜トランジスタＴｒが各検出素子ＤＵとしてそれぞれ分離形成されている。また、電圧印加電極２４は、全検出素子ＤＵの共通電極として全面にわたって形成されている。

電荷電圧変換アンプ３は、図３に示すように、各々のデータラインＤ（図３ではＤ１〜Ｄ１０）に電気的に接続されたアンプ３１と、各々のデータラインＤに電気的に接続されたアンプ用コンデンサ３２と、データラインＤ毎のアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２に電気的に並列に接続されたサンプルホールド３３と、データラインＤ毎のサンプルホールド３３に電気的に接続されたスイッチング素子３４とを備えている。また、アンプ３１と検出素子用回路２のデータラインＤの端部とは、スイッチング素子ＳＷを介して、データラインＤ毎に電気的に接続されている。データラインＤに読み出されたキャリアを、スイッチング素子ＳＷがＯＮにして電荷電圧変換アンプ３のアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２に送り込む。送り込まれたキャリアを、アンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２が電圧に変換した状態で増幅し、増幅された電圧値をサンプルホールド３３は所定時間だけ一旦蓄積する。一旦蓄積された電圧値を、スイッチング素子３４をＯＮにしてＡ／Ｄ変換器４に送り込み、送り込まれた電圧のアナログ値からディジタル値にＡ／Ｄ変換器４は変換する。

図１の説明に戻って、画像処理部５は、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル値に変換された電圧値に対して各種の信号処理を行って画像を求める。コントローラ６は、回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５や後述するメモリ部７やモニタ９などを統括制御し、本実施例では(1)互いに異なる複数のＸ線の線量の一様照射からゲイン補正に用いられるための複数の画像（「ゲイン補正用画像」と呼ぶ）を取得する機能（画像取得の機能）、(2)その画像取得の機能で取得された複数の画像（ゲイン補正用画像）から、Ｘ線が入射される線量を示す入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と、画像取得の機能で取得されたゲイン補正用画像の画素値との関係を表したゲイン補正係数の近似式を求める機能（近似式算出の機能）および(3)その近似式算出の機能で求められた近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正する機能（ゲイン補正の機能）をも備えている。画像処理部５およびコントローラ６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、プログラマブルロジックデバイス（ＦＰＧＡ）などの組み合わせで構成されている。コントローラ６は、この発明における画像取得手段，近似式算出手段およびゲイン補正手段に相当する。

メモリ部７は、画像情報などを書き込んで記憶し、コントローラ６からの読み出し指令に応じて画像情報などがメモリ部７から読み出される。メモリ部７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。なお、画像情報の書き込みにはＲＡＭが用いられ、例えば制御シーケンスに関するプログラムの読み出しによって制御シーケンスをコントローラ６に実行させる場合には、制御シーケンスに関するプログラムの読み出し専用にはＲＯＭが用いられる。本実施例では、複数のゲイン補正用画像を取得し、入射線量と（ゲイン補正用画像の画素値である）出力値との関係の近似式を求め、近似式を用いてゲイン補正する制御シーケンスに関するプログラムをメモリ部７に記憶させ、そのプログラムの読み出しによって制御シーケンスをコントローラ６に実行させる。

その他に、メモリ部７は、取得された複数のゲイン補正用画像を記憶（登録）するゲイン補正用画像登録部７ａを備えている。

入力部８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、あるいはボタンやスイッチやレバーなどの入力手段で構成されている。入力部８に入力設定すると、入力設定データがコントローラ６に送り込まれ、入力設定データに基づいて回路１，２や電荷電圧変換アンプ３やＡ／Ｄ変換器４や画像処理部５やメモリ部７やモニタ９などが制御される。

続いて、本実施例のＸ線撮影装置の制御シーケンスについて説明する。電圧印加電極２４に高電圧（例えば数１０Ｖ〜数１００Ｖ程度）のバイアス電圧Ｖ_Ａを印加した状態で、検出対象であるＸ線を入射させる。

Ｘ線の入射によってＸ線変換層２３でキャリアが生成されて、そのキャリアが電荷情報としてキャリア収集電極２２を介してコンデンサＣａに蓄積される。ゲート駆動回路１の信号（ここではキャリア）読み出し用の走査信号（すなわちゲート駆動信号）によって、対象となるゲートラインＧが選択される。本実施例では、ゲートラインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇ９，Ｇ１０の順に１つずつ選択されるものとして説明する。また、ゲート駆動回路１からの信号読み出し用の走査信号は、ゲートラインＧに電圧（例えば１５Ｖ程度）を印加する信号である。

ゲート駆動回路１から対象となるゲートラインＧを選択して、選択されたゲートラインＧに接続されている各薄膜トランジスタＴｒが選択指定される。この選択指定で選択指定された薄膜トランジスタＴｒのゲートに電圧が印加されてＯＮ状態となる。その選択指定された各薄膜トランジスタＴｒに接続されているコンデンサＣａから蓄積されたキャリアが、選択指定されてＯＮ状態に移行した薄膜トランジスタＴｒを経由して、データラインＤに読み出される。すなわち、選択されたゲートラインＧに関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、データラインＤに読み出される。

具体的には、データラインＤに接続されている電荷電圧変換アンプ３のアンプ３１がリセットされて、さらに薄膜トランジスタＴｒがＯＮ状態（すなわちゲートがＯＮ）に移行することで、キャリアがデータラインＤに読み出され、電荷電圧変換アンプ３のアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２にて電圧に変換された状態で増幅される。

つまり、各検出素子ＤＵのアドレス（番地）指定は、ゲート駆動回路１からの信号読み出し用の走査信号と、データラインＤに接続されているアンプ３１の選択とに基づいて行われる。

先ず、ゲート駆動回路１からゲートラインＧ１を選択して、選択されたゲートラインＧ１に関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、全データラインＤ同時に読み出されて、サンプルホールド後にデータラインＤ１〜Ｄ１０の順にＡ／Ｄ変換器４にてディジタル値に変換される。次に、ゲート駆動回路１からゲートラインＧ２を選択して、同様の手順で、選択されたゲートラインＧ２に関する検出素子ＤＵが選択指定されて、その選択指定された検出素子ＤＵのコンデンサＣａに蓄積されたキャリアが、全データラインＤ同時に読み出されて、サンプルホールド後にデータラインＤ１〜Ｄ１０の順にＡ／Ｄ変換器４にてディジタル値に変換される。残りのゲートラインＧについても同様に順に選択することで、２次元状のキャリアを読み出す。

読み出された各キャリアはアンプ３１およびアンプ用コンデンサ３２で電圧に変換された状態でそれぞれ増幅されて、サンプルホールド３３で一旦蓄積されて、Ａ／Ｄ変換器４でアナログ値からディジタル値に変換される。このディジタル値に変換された電圧値に基づいて、画像処理部５は各種の信号処理を行って、２次元状の画像を得る。得られた２次元状の画像やキャリアなどに代表される画像情報は、コントローラ６を介してメモリ部７に書き込まれて記憶され、必要に応じてコントローラ６を介してメモリ部７から読み出される。また、画像情報は、コントローラ６を介してモニタ９に表示される。

次に、一連の制御シーケンスについて、図４および図５を参照して説明する。図４は、一連の制御シーケンスの流れを示すフローチャートであって、図５は、感度特性の実測データである。

（ステップＳ１）ゲイン補正用の画像の登録
ゲイン補正（感度補正）に使用する複数のゲイン補正用画像を登録する。具体的には、互いに異なる複数のＸ線の線量の一様照射からゲイン補正用画像を取得し、取得された複数のゲイン補正用画像をメモリ部７のゲイン補正用画像登録部７ａにそれぞれ記憶することで、複数のゲイン補正用画像を登録する。本実施例では、図５に示すｙ_０，ｙ_１，ｙ_２の入射線量で一様照射して、３枚のゲイン補正用画像を登録する。ここでは、ある１つの画素に着目して、入射線量ｙ_０でのゲイン補正用画像の画素値を示す出力値をｘ_０とし、入射線量ｙ_１でのゲイン補正用画像の画素値を示す出力値をｘ_１とし、入射線量ｙ_２でのゲイン補正用画像の画素値を示す出力値をｘ_２とする。

（ステップＳ２）近似式の算出
図５に示すように、ｙ_０＜ｙ_１＜ｙ_２であり、入射線量と（ゲイン補正用画像の画素値を示す）出力値との関係を表した近似式（感度特性の実測データ）の領域を、入射線量ｙ_０の境界で２つの領域に分割する。したがって、図５に示す領域は、入射線量ｙ_０以下の領域と、入射線量ｙ_１，ｙ_２も含めた入射線量ｙ_０を超えた領域とに分割され、最も入射線量が少ない領域は、入射線量ｙ_０以下の領域となり、それ以外の領域は、入射線量ｙ_１，ｙ_２も含めた入射線量ｙ_０を超えた領域となる。

本実施例では、最も入射線量が少ない領域では一次式のｆ（ｘ）で近似するとともに、それ以外の領域では多項式のｇ（ｘ）で近似する。したがって、入射線量ｙ_０以下の領域では一次式ｆ（ｘ）で近似し、入射線量ｙ_１，ｙ_２も含めた入射線量ｙ_０を超えた領域では多項式ｇ（ｘ）で近似する。このことから、原点（０，０）と（ｘ_０，ｙ_０）とを結ぶと一次式ｆ（ｘ）が決まる。一方、（ｘ_０，ｙ_０），（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２），…から最小二乗法により多項式ｇ（ｘ）を求める。このとき、下記（１）式、（２）式のように２つの境界条件を満たす必要がある。

ｆ（ｘ_０）＝ｇ（ｘ_０） …（１）
ｆ´（ｘ_０）＝ｇ´（ｘ_０） …（２）
ただし、「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、ｆ´（ｘ）はｆ（ｘ）をｘで微分したものであり、ｇ´（ｘ）はｇ（ｘ）をｘで微分したものである。ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の具体的な導出については後述する。

（ステップＳ３）ゲイン補正
実際の被検体にＸ線を照射して撮像を行う。撮像によって取得された画像は、ゲイン補正前の画像情報であり、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル化された出力値である。ゲイン補正の対象となる画像情報（出力値）をゲイン補正するために、先ず、ゲイン補正前の出力値をｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）に代入して、各々の画素に対応した入射線量ｙを求める。ゲイン補正前の出力値がｘ_０以下の場合には一次式ｆ（ｘ）を用いて、ゲイン補正前の出力値がｘ_０を超える場合には多項式ｇ（ｘ）を用いて、各々の画素に対応した入射線量ｙを求める。

そして、全画素に共通の線量と出力値とに関する感度特性式ｈ（ｙ）を適当に決める。ｈ（ｙ）の決め方の一例として、ステップＳ１で登録された入射線量ｙ_０でのゲイン補正用画像の全画素平均出力値をｘ_０［ａｖｇ］とすると、下記（３）式のように表される。

ゲイン補正前の出力値をｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）に代入して得られた入射線量ｙを上記（３）式のｈ（ｙ）に代入することで、感度特性式ｈ（ｙ）をゲイン補正後の出力値（画素値）として出力することができる。各々の画素毎での入射線量ｙを上記（３）式のｈ（ｙ）に代入することで、ゲイン補正後の全画素の出力値（画素値）が得られ、ゲイン補正後の画像を取得することができる。したがって、図５中の点線よりも線量が少ない領域で一次式ｆ（ｘ）によるゲイン補正を行い、図５中の点線よりも線量が多い領域で多項式ｇ（ｘ）によるゲイン補正を行うことになる。

次に、ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）の導出について説明する。ゲイン補正用画像を入射線量ごとに対応させた感度補正データを（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）（ｉ＝０，１，…，ｎ）とする。ここで、ｘ_ｉをゲイン補正用画像の出力値（画素値）とし、ｙ_ｉを入射線量とする。上述したように、（ｘ_０，ｙ_０）は、一次式ｆ（ｘ）と多項式ｇ（ｘ）との境界点であるとする。一次式ｆ（ｘ）は、上述したように原点（０，０）と（ｘ_０，ｙ_０）とから決まり、下記（４）式のように表される。多項式ｇ（ｘ）は、上述したように最小二乗法により決まり、（ｋ−１）次式のｇ（ｘ）は、下記（５）式のように表される。

一次式ｆ（ｘ）と多項式ｇ（ｘ）とを滑らかに接続するために、上記（１）式、（２）式のような２つの境界条件を課す。上記（１）式、（２）式から下記（６）式、（７）式が求まる。

（ｋ−１）次多項式の実測値と理論値との残差の平方和は、下記（８）式のように表される。

上記（６）式、（７）式を代入した上記（５）式を上記（８）式に代入し、ｂ_ｍ（ｍ＝２，３，…，ｋ−１）で微分したものを“０”として整理すると、下記（９）式の正規方程式が得られる。

ただし、上記（６）式中のＡ_ｍｊ，Ｂ_ｍは、下記（１０）式、（１１）式で表されるとする。

この方程式を解くと、ｂ_ｍ（ｍ＝２，３，…，ｋ−１）が求まり、上記（６）式、（７）式からｂ_ｍ（ｍ＝０，１）が求まり、多項式ｇ（ｘ）が決定される。

「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、上述の特許文献１のダーク信号量を含んだ信号と蓄積時間とを一次関数で線形補間する技術のように、ゲイン補正においても線形補間することで、特定線量以外のゲイン補正を行うことが可能である。図８に示すように、一様照射で得られて測定された特定線量での出力値（図８中の●を参照）とグラフの原点とを直線で結んで線形補間することで、特定線量以外の広い入射線量範囲でゲイン補正を行うことが可能である。しかし、感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きい変換層を用いた場合には、図８に示す線形補間では補正感度が向上されない。

そこで、上述した本実施例に係るＸ線撮影装置によれば、互いに異なる複数のＸ線の線量の一様照射から画像取得の機能はゲイン補正に用いられるための複数の画像（ゲイン補正用画像）を取得する。その画像取得の機能で取得された複数のゲイン補正用画像から、Ｘ線が入射される線量を示す入射線量あるいは入射線量から換算された画素値（本実施例では入射線量）と、ゲイン補正用画像の画素値との関係を表したゲイン補正係数の近似式を近似式算出の機能は求める。その近似式算出の機能で求められた近似式は、線形補間で得られたものでなく、複数の入射線量と画像取得の機能で取得された複数のゲイン補正用画像から得られて近似されたものであるので、たとえ感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きい変換層（本実施例ではＣｄＴｅ膜）を用いたとしても、その近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正の機能がゲイン補正することで、特定線量以外の広い入射線量範囲で高い感度補正精度の画像を取得することができる。

上述したように、全領域で同じ近似式を用いると補正感度が全領域で向上される訳でなく、例えば、全領域で同じ多項式を用いると、入射線量が多い領域（高線量領域）での補正感度は改善されるが、入射線量が少ない領域（低線量領域）での補正精度が悪化する。図９の■に示すように、一次式によりゲイン補正を行ったときには低線量領域ではＳＮ比が向上するが、高線量領域ではＳＮ比が頭打ちになっている。また、図９の▲に示すように、三次式によりゲイン補正を行ったときには高線量領域ではＳＮ比が向上するが、低線量領域では一次式のときよりもＳＮ比が低い。一方、図９の●に示すように、低線量領域では一次式により、高線量領域では二次式によりゲイン補正を行ったときには、全領域にわたってＳＮ比が向上している。

以上のことを鑑みると、本実施例では、入射線量とゲイン補正用画像の画素値（出力値）との関係を表した近似式の領域を、入射線量の大きさに応じて複数（図５では２つ）の領域に分割して、分割された各々の領域内で入射線量とゲイン補正用画像の画素値との関係を表した近似式（図５では一次式ｆ（ｘ）、多項式ｇ（ｘ））をそれぞれ求め、互いに隣り合う領域の近似式（図５ではｆ（ｘ）、ｇ（ｘ））を滑らかに接続することで、全領域での近似式を求めている。上述したように、「滑らかに接続する」とは、上記（１）式、（２）式の境界条件をともに満たすことを示す。なお、一次微分のみならず、二次微分においても、ｆ´´（ｘ_０）＝ｇ´´（ｘ_０）の境界条件を満たすようにしてもよい。このように全領域での近似式を求めることで、全領域にわたって高い感度補正精度の画像を取得することができる。

さらに、本実施例では、近似式を一次式ｆ（ｘ）、多項式ｇ（ｘ）で近似し、入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で近似する。ここでの多項式は、一次式を除いた式であって、二次式以上を含む。図５に示すように、入射線量が多くなるにしたがって近似式の傾きが大きくなって、入射線量がどんなに多くなっても、出力値が所定の値に飽和することが予想される。したがって、入射線量が少ない領域（低線量領域）では低次の多項式（一次式を含む）で近似し、入射線量が多い領域（高線量領域）では高次の多項式で近似することで、入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で近似する。このように近似することで、近似式を一次式あるいは多項式で表現して、全領域にわたって高い感度補正精度の画像を取得することができる。

さらに、本実施例では、上述の分割された領域のうち、最も入射線量が少ない領域（図５では入射線量ｙ_０以下の領域）では一次式ｆ（ｘ）で近似するとともに、それ以外の領域（図５では入射線量ｙ_１，ｙ_２も含めた入射線量ｙ_０を超えた領域）では多項式で近似する。最も入射線量が少ない領域では一次式ｆ（ｘ）による線形補間が可能で、一次式ｆ（ｘ）によりゲイン補正を行うことで、図９の●に示すように、ＳＮ比が向上し、それ以外の領域では、多項式ｇ（ｘ）によりゲイン補正を行うことでＳＮ比が向上する。

本実施例では、Ｘ線変換層２３は、ＣｄＴｅ膜に代表される多結晶化合物半導体である。多結晶化合物半導体の場合には、上述したようにその感度が非線形であり、画素間に感度バラツキが大きいので、この発明を適用することでゲイン補正による効果が大きい。本実施例では、多結晶化合物半導体としてＣｄＴｅ膜を採用している。

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、入射したＸ線に代表される放射線をＸ線変換層（変換層）によって電荷情報に直接に変換した、「直接変換型」の検出素子用回路をこの発明は適用したが、入射した放射線をシンチレータなどの変換層によって光に変換し、光感応型の物質で形成された変換層によってその光を電荷情報に変換する「間接変換型」の検出素子用回路をこの発明は適用してもよい。

（３）上述した実施例では、Ｘ線を検出するための検出素子用回路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線を検出するための検出素子用回路に例示されるように、放射線を検出する検出素子用回路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、放射線の入射により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、Ｘ線などに代表される放射線撮像を例に採って説明したが、この発明は、光の入射により撮像を行う装置にも適用することができる。

（５）上述した実施例では、Ｘ線変換層は、ＣｄＴｅ膜であったが、ＣｄＺｎＴｅ膜のような多結晶化合物半導体であってもよい。もちろん、非晶質の化合物半導体あるいは半導体単体、あるいは多結晶半導体に適用してもよい。Ｘ線変換層以外の変換層についても同様で、特に多結晶、非晶質、化学物半導体あるいは半導体単体に限定されない。

（６）上述した実施例では、出力値（画素値）を横軸にとり、入射線量を縦軸にとったが、逆に、入射線量を横軸にとり、出力値（画素値）を縦軸にとって近似式を求めてもよい。ただし、実施例のように、近似式を用いてゲイン補正を行う際に、ゲイン補正前の出力値（ゲイン補正用画像の画素値）を近似式に代入して入射線量を求めて、その入射線量から感度特性式ｈ（ｙ）を求めて、ゲイン補正後の出力値とする場合には、実施例のように入射線量を横軸にとり、出力値（画素値）を縦軸にとった近似式の方が求めやすい。

（７）上述した実施例では、近似式を用いてゲイン補正を行う際に、ゲイン補正前の出力値（ゲイン補正用画像の画素値）を近似式に代入して入射線量を求めて、その入射線量から感度特性式ｈ（ｙ）を求めて、ゲイン補正後の出力値としたが、近似式から利得補正係数を求めることでゲイン補正を行ってもよい。

（８）上述した実施例では、最も入射線量が少ない領域を図５の入射線量ｙ_０以下の領域とし、それ以外の領域を入射線量ｙ_１，ｙ_２も含めた入射線量ｙ_０を超えた領域として、２つの領域に分割したが、当該それ以外の領域を２つ以上の領域に分割して、最も入射線量が少ない領域も含めて合計３つ以上の領域に分割してもよい。合計３つ以上の領域に分割する場合、入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で近似するのが好ましく、例えば最も入射線量が少ない領域では一次式で近似し、二番目に入射線量が少ない領域では二次式で近似し、三番目に入射線量が少ない領域では三次式で近似する。

（９）上述した実施例では、最も入射線量が少ない領域では一次式で近似したが、最も入射線量が少ない領域で二次式以上の多項式で近似してもよい。ただし、その場合でも、入射線量が多くなるにしたがって高次の近似式で近似するのが好ましい。

（１０）上述した実施例では、近似式を一次式あるいは多項式で近似し、入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で近似したが、必ずしも一次式あるいは多項式に限定されない。指数関数や対数関数や三角関数等で近似してもよいし、これらの関数と一次式あるいは多項式を組み合わせてもよい。

（１１）上述した実施例では、近似式の領域を、入射線量の大きさに応じて複数の領域に分割して、分割された各々の領域内で入射線量とゲイン補正用画像の画素値との関係の近似式をそれぞれ求め、互いに隣り合う領域の近似式を滑らかに接続することで、全領域での近似式を求めたが、必ずしも複数の領域に分割する必要はない。全領域で同じ近似式で近似してもよい。

（１２）上述した実施例では、ゲイン補正係数の近似式は、入射線量とゲイン補正用画像の画素値との関係を表した近似式であったが、入射線量に換算した画素値とゲイン補正用画像の画素値との関係を表した近似式とし、その近似式にゲイン補正の対象となる画素値を代入することで、ゲイン補正を行ってもよい。

２ … 検出素子用回路
２３ … Ｘ線変換層
６ … コントローラ
ｆ（ｘ） … 一次式
ｇ（ｘ） … 多項式
ｘ_ｉ … ゲイン補正用画像の出力値（画素値）
ｙ_ｉ … 入射線量

Claims (6)

1. 光または放射線の入射により前記光または放射線の情報を電荷情報に変換する変換層と、
   その変換層で変換された電荷情報を蓄積して読み出す蓄積・読み出し回路と
   を備え、
   その蓄積・読み出し回路で読み出された電荷情報に基づいて画像を得る撮像装置であって、
   互いに異なる複数の光または放射線の線量の一様照射からゲイン補正に用いられるための複数の画像を取得する画像取得手段と、
   その画像取得手段で取得された複数の画像から、光または放射線が入射される線量を示す入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と、前記画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表したゲイン補正係数の近似式を求める近似式算出手段と、
   その近似式算出手段で求められた前記近似式を用いて対象となる画像情報をゲイン補正するゲイン補正手段と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と前記画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表した近似式の領域を、前記入射線量の大きさに応じて複数の領域に分割して、
   分割された各々の領域内で入射線量あるいは入射線量から換算された画素値と画像取得手段で取得された画像の画素値との関係を表した近似式をそれぞれ求め、
   互いに隣り合う領域の近似式を滑らかに接続することで、
   前記近似式算出手段は、全領域での前記近似式を求めることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記近似式を一次式あるいは多項式で近似し、
   入射線量が多くなるにしたがって高次の多項式で前記近似式算出手段は近似することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置において、
   前記分割された領域のうち、最も入射線量が少ない領域では一次式で近似するとともに、それ以外の領域では多項式で前記近似式算出手段は近似することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記変換層は、多結晶化合物半導体であることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   前記変換層は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅであることを特徴とする撮像装置。

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