JP2014016343A - 放射線画像撮像装置、放射線画像撮像方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】確実なオフセット補正を行うことができる放射線画像撮像装置を提供する。
【解決手段】事前ダーク画像取得部43は、X線を照射しない状態で、センサ4において少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する。X線画像撮像部41は、X線画像撮像のためにX線を照射させ、上記蓄積時間のうちから、X線照射時間に対応する蓄積時間を選定し、X線画像の撮像の際におけるセンサ4での電荷の蓄積時間を、上記選定した蓄積時間に設定する。X線画像撮像部41は、設定した蓄積時間でセンサ4において電荷を蓄積させることにより、X線画像を撮像する。オフセット補正部46は、第1の事前ダーク画像を用いてX線画像のオフセット補正を行う。
【選択図】図1B
【解決手段】事前ダーク画像取得部43は、X線を照射しない状態で、センサ4において少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する。X線画像撮像部41は、X線画像撮像のためにX線を照射させ、上記蓄積時間のうちから、X線照射時間に対応する蓄積時間を選定し、X線画像の撮像の際におけるセンサ4での電荷の蓄積時間を、上記選定した蓄積時間に設定する。X線画像撮像部41は、設定した蓄積時間でセンサ4において電荷を蓄積させることにより、X線画像を撮像する。オフセット補正部46は、第1の事前ダーク画像を用いてX線画像のオフセット補正を行う。
【選択図】図1B
Description
本発明は、放射線画像を撮像する装置、方法及びプログラムに関する。
現在、医療におけるX線の静止画撮影系においては、被写体である患者にX線を照射し、患者を透過したX線像をフィルムに露光するフィルム方式が主流になっている。フィルムは、情報を表示及び記録する機能を有し、大面積化することができ、階調性が高く、しかも、軽量で取り扱いが容易であるため、世界中に普及している。その反面、フィルムは、現像工程を要する煩雑さ、長期にわたる保管場所、及び、検索に人手と時間を要する等の問題点を有している。
最近、病院内でのX線の静止画撮影系のディジタル化の要求が高まりつつあり、フィルムの替わりに、固体撮像素子を2次元マトリクス状に配置したX線検出装置を用いて、X線量を電気信号に変換するX線画像撮影装置(FPD:Flat Panel Detector)が普及している。これは、X線像をディジタル情報に置き換えることができるため、ディジタル情報に置き換えられたX線像(以下、X線画像と称す)を遠方に、しかも瞬時に伝送することが可能となる。このようなX線画像の伝送を可能とすることにより、遠方にいながら都心の大学病院に匹敵する高度な診断を受けることができるという長所がある。また、フィルムを用いないことで、病院内でのフィルムの保管スペースが省ける長所もある。将来的には、優れた画像処理技術の導入により、医師を介さず、コンピュータを用いた自動診断化の可能性が大いに期待されている。
このようなX線画像撮影装置は、放射線を電気信号に変換する複数の光電変換素子がマトリクス状に配列された光電変換回路と、変換して得られた電気信号を光電変換回路から読み出すための読み出し回路とを有している。被写体にX線が照射されると、被写体を透過したX線に係る光電変換が光電変換回路の各光電変換素子にて行われ、各光電変換素子にX線量に対応した電荷が蓄積される。そして、光電変換回路の各信号線を駆動し、光電変換素子が接続されたスイッチ素子を適宜制御することにより、各光電変換素子に蓄積されている電荷を読み出し回路により電気信号として順次読み出し、さらに増幅して出力する。
以上のように動作させることにより、X線画像を読み取ることができるが、そのままのX線画像には、光電変換回路や読み出し回路で生成されるオフセットが含まれる。オフセットの要因にはいくつかあり、(A)光電変換素子の暗電流、(B)スイッチ素子のリーク電流、(C)読み出し回路のアンプのオフセット電圧等がある。これらは温度変動及び蓄積時間の違いにより変動する。
ここでX線画像には、上述したようにオフセットが含まれているので、オフセット成分を取り除かなければならない。当該オフセッ成分を取り除く処理をオフセット補正という。従来、被写体にX線を照射してX線画像を撮影した後に、被写体にX線を照射せずにダーク画像を撮影して、X線画像からダーク画像を差し引くことにより、オフセット補正が行われる。
しかし、上述したオフセット補正では、X線照射後にダーク画像を取得しているため、X線照射から画像表示までに要する時間が長くなるという問題がある。特許文献1には、上記問題を解決するために、ダーク画像をX線照射前のX線画像撮影装置の状態遷移時に取得する方法が開示されている。特許文献1に開示される方法では、定期的にダーク画像を取得し続け、実際の補正に用いるダーク画像は、撮影に近いタイミングで取得されたものとなる。
但し、定期的にダーク画像を取得し続ける方法においても、X線照射がいつ行われるかは不明である。従って、ダーク画像の取得中にX線照射が要求された場合、ダーク画像の取得が終了するまでX線照射を行うことができず、X線照射要求の即時性が悪いという問題がある。特許文献2には、上記問題を解決するために、特定の要求がきた場合にのみダーク画像を取得し、オフセット補正には、特定の要求に応じて取得されたダーク画像が用いられる方法が開示されている。
しかしながら、X線画像撮影装置のオフセットは、温度変動及び蓄積時間の違いにより、特性が変化する。従って、実際にX線画像の撮影を行うときの条件が、オフセット補正を行うためのダーク画像を取得したときの条件とは異なるため、暗電流の発生状態が異なる。よって、特許文献2に開示される技術においては、X線画像の温度変動及び蓄積時間の違いによる誤差分を補正することはできない。
そこで、本発明は、確実なオフセット補正を行うことができる放射線画像撮像装置を提供する。
本発明の放射線画像撮像装置は、照射手段により放射線を照射しない状態で、放射線を検知して電荷を蓄積する検知手段において少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、前記蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する第1の事前ダーク画像撮像手段と、放射線画像撮影のために、前記照射手段から放射線を照射させる照射制御手段と、前記蓄積時間のうちから、前記照射手段による放射線の照射時間に対応する蓄積時間を選定する選定手段と、前記放射線画像撮影時における前記検知手段での電荷の蓄積時間を、前記選定手段により選定された蓄積時間に設定する設定手段と、前記設定手段により設定された蓄積時間で前記検知手段において電荷を蓄積させることにより、前記放射線画像を撮像する放射線画像撮像手段と、前記第1の事前ダーク画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うオフセット補正手段とを有することを特徴とする。
本発明は、確実なオフセット補正を行うことが可能となる。
以下、本発明を適用した例示的な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態においては、X線を適用したX線画像撮影装置の例を示すが、本発明はこれに限定されない。例えば、X線に限らず、例えば、α線、β線、γ線、光線等の放射線も本発明の範疇に含まれ、これらの放射線を用いて撮影された画像を処理する装置も本発明の範疇に含まれるものとする。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1Aは、本発明の第1の実施形態に係るX線画像撮影システムの構成を示す図である。図1Bは、本発明の第1の実施形態の変形例に係るX線画像撮影システムの構成を示す図である。以下、図1Aを参照して説明する。図1Aに示すように、第1の実施形態に係るX線画像撮影システム10は、X線発生部1、操作入力部2、事前ダーク画像操作部3、センサ4(放射線画像撮影装置)、制御部5、表示部6を備える。また、センサ4には、X線画像撮影部41、本ダーク画像撮影部42、事前ダーク画像取得部43、事前ダーク画像記憶部44、オフセット補正部45、及び記憶部46が含まれる。なお、X線画像撮影システム10は、放射線画像撮像システムの構成例である。
X線発生部1は、被写体(被検者)20に対してX線1aを発生するものであり、例えば、X線管球で構成されている。操作入力部2は、ユーザがX線発生部1からX線照射する際に用いられ、撮影条件(管電圧、管電流、照射時間等)の設定部や照射スイッチ2aが含まれている。例えば、被写体(被検者)20の撮影部位に応じて、管電圧、管電流、照射時間等が設定された後に、制御部5は照射スイッチ2aがオンされたことを検知するとX線発生部1から撮影条件に対応したX線を照射させる。この点で制御部5は放射線の照射制御部として機能する。事前ダーク画像操作部3は、ユーザが事前にダークを取得する際に用いられ、事前ダーク画像を撮影する撮影条件や取得スイッチ3aが含まれる。
センサ4は、X線発生部1からX線1aが照射されたときの、被写体20を透過したX線のX線画像の撮影と、X線発生部1からX線1aが照射されていない状態、即ちダーク状態でのダーク画像の撮影と、オフセット補正を行って、補正したX線画像を作成する。
センサ4には、例えば、光電変換素子とTFTとを含む画素が2次元状に配列されており、各画素上には、例えば蛍光体が設けられて形成される。そして、センサ4に入射したX線は蛍光体で可視光に変換され、変換された可視光が各画素の光電変換素子に入射し、各光電変換素子において、可視光に応じた電荷が生成される。なお、本実施形態では、上述した蛍光体及び光電変換素子によって、入射したX線を電荷に変換する変換素子を構成するが、例えば蛍光体を設けずに、入射したX線を直接電荷に変換する、いわゆる直接変換型の変換素子を構成する形態であってもよい。本実施形態におけるセンサ4は、変換素子が2次元状に配列されており、各変換素子における電荷の蓄積と電荷の読み出しとを行って、X線画像及び本ダーク画像を撮影することができるものである。また、センサ4は事前に1枚以上の事前ダーク画像を撮影する機能と、撮影した事前ダーク画像や事前ダーク画像の平均画素値等を記憶する機能をもっている。
記憶部46は、RAM等の揮発性のメモリからなり、X線画像撮影部41及び本ダーク画像撮影部42によって撮影された画像や該画像の平均画素値を記憶する。また、センサ4は不図示のメモリを備え、該メモリはフラッシュROM等の不揮発性のメモリからなり、センサ4全体を制御するプログラム等が書き込まれている。センサ4はそのプログラムに基づいて、X線画像の撮影、本ダーク画像の撮影、オフセット補正、事前ダーク画像の撮影等を行う。
制御部5は、操作入力部2の操作に基づいてX線発生部1とセンサ4を制御して、センサ4によって作成されたオフセット補正されたX線画像を受信し、受信した前記X線画像に画像処理等を施した後に表示部6に表示する。また、表示部6は、操作UI等の表示も行う。
X線画像撮影部41は、X線の照射中に該光電変換素子の電荷の蓄積を行い、X線照射後に該光電変換素子から電荷を読み出すことにより、X線画像を撮影して、撮影したX線画像を記憶部46に記憶する。
本ダーク画像撮影部42は、X線画像撮影部41がX線画像を撮影した後に、X線を照射しない状態で該光電変換素子の電荷の蓄積を行い、その後、該光電変換素子から電荷を読み出すことにより、ダーク画像を撮影する。ここで、X線撮影画像を撮影した後に撮影されたダーク画像を本ダーク画像と称する。そして、本ダーク画像撮影部42は、撮影した本ダーク画像の所定領域内の平均画素値を算出し、算出した本ダーク画像の平均画素値を記憶部46に記憶する。また、本ダーク画像の撮影時の蓄積時間はX線画像撮影時より短く設定し、本ダーク画像の読み出し時間はX線画像を撮影する時と比較して短くする。
事前ダーク画像取得部43は、予め定められた第1の蓄積時間で第1のダーク画像を撮影し、また、第1のダーク画像撮影後に、予め定められた第2の蓄積時間で第2のダーク画像を撮影する。ここで、第1の蓄積時間で撮影したダーク画像を第1の事前ダーク画像、第2の蓄積時間で撮影したダーク画像を第2の事前ダーク画像と称する。そして、事前ダーク画像取得部43は第2の事前ダーク画像の所定領域内の平均画素値を計算する。また、事前ダーク画像取得部43は、1回以上の第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像の撮影を行う。
事前ダーク画像記憶部44はフラッシュROM等の不揮発性のメモリを有し、第1の事前ダーク画像を読み出した時の蓄積時間と、第1の事前ダーク画像と、第2の事前ダーク画像を読み出した時の蓄積時間と、第2の事前ダーク画像の所定領域内の平均画素値とを1つのセットとして、それをn個記憶する。ただし、第2の事前ダーク画像を読み出した時の蓄積時間は常に同じ時間であるので、該セットの中から外して、別に1個の独立した値とし記憶してもよい。
次に、図2Aを参照しながら、事前ダーク画像取得部43による、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理について説明する。図2Aは、センサ4の各変換素子における電荷の蓄積と電荷の読み出しとのタイミングを示すタイミングチャートである。図2Aに示すように、事前ダーク画像取得部43は、センサ4の各変換素子における電荷の蓄積と電荷の読み出しを行うことにより、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像の撮影を行う。また、図2Aにおいては、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像の撮影をn回行い、第1事前ダーク画像を撮影する場合の蓄積時間は撮影毎に変えて行う例を示している。1回目の第1の事前ダーク画像をVd1、第2の事前ダーク画像をVdt1、2回目の第1の事前ダーク画像をVd2、第2の事前ダーク画像Vdt2、n回目の第1の事前ダーク画像をVdn、第2の事前ダーク画像Vdtnと表記している。なお、nは、1以上の任意の整数である。
図2Aでは、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像を撮影するための蓄積を行う前に、暗電流により発生した不要な電荷を読み出すための処理が必要であり、その読み出し時間をTkとしている。そして、n回目の第1の事前ダーク画像の蓄積時間をTwnとし、第1の事前ダーク画像読み出し時間をTr1とする。また、第2の事前ダーク画像を読み出す時の蓄積時間は常に同じであり、第2の事前ダーク画像を読み出す時の蓄積時間をTwtとし、第2の事前ダーク画像の読み出し時間をTr2とすると、n回目の第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像の撮影時間Tfnは、次の式1によって表される。
Tfn=2Tk+Twn+Tr1+Twt+Tr2・・・式1
Tfn=2Tk+Twn+Tr1+Twt+Tr2・・・式1
また、n回目の第1の事前ダーク画像の蓄積時間Twnと、第2の事前ダーク画像の蓄積時間Twtとは、常に次の式2が成り立つように設定される。
Twt<Twn・・・式2
Twt<Twn・・・式2
また、第1の事前ダーク画像の読み出し時間Tr1と、第2の事前ダーク画像の読み出し時間Tr2とは、以下の式3が成り立つように設定される。
Tr2≦Tr1・・・式3
Tr2≦Tr1・・・式3
ここで、例えば、読み出し時間Tkは200msである。1回目の第1の事前ダーク画像を読み出す時の蓄積時間Tw1は200msであり、2回目の第1の事前ダーク画像を読み出す時の蓄積時間Tw2は400msであり、3回目の第1の事前ダーク画像を読み出す時の蓄積時間Tw3は1000msである。第1の事前ダーク画像の読み出し時間Tr1は400msである。第2の事前ダーク画像を読み出す時の蓄積時間Twtは1msである。第2の事前ダーク画像の読み出し時間Tr2は200msである。
X線画像取得部41は、操作入力部2において設定された撮影条件の照射時間の情報を制御部5を経由して受け取り、受け取った照射時間に基づいて、X線画像撮影時の蓄積時間を決定する。具体的には、X線画像取得部41が該照射時間を受け取ると、事前ダーク画像記憶部44に記憶した第1の事前ダーク画像を撮影した時の蓄積時間の中から、X線照射時間以上であって、且つ、該X線照射時間に最も近い該蓄積時間を選定する。例えば、第1の事前ダーク画像を撮影した時の蓄積時間が200ms、400ms、1000msであり、照射時間が300msならば、蓄積時間は400ms、また照射時間が500mならば蓄積時間は1000msをX線画像取得部41は選定する。この点で、X線画像取得部41は蓄積時間の選定部として機能する。そして、X線画像撮影部41はX線画像撮影時の蓄積時間を、選定した第1の事前ダーク画像の蓄積時間と同一時間に設定して、X線画像を撮影する。この点で、X線画像撮影部41は蓄積時間の設定部として機能する。
また、X線画像取得部41は、撮影したX線画像を記憶部46に保存する。本ダーク画像撮影部42は、本ダーク画像を撮影する時の蓄積時間を、事前ダーク画像記憶部44に記憶された第2の事前ダーク画像を撮影した時の蓄積時間Twtと同一時間に設定して、本ダーク画像を撮影する。そして、本ダーク画像を撮影した後に、本ダーク画像の所定領域内の平均画素値を計算する。また、本ダーク画像撮影部42は、計算した平均画素値を記憶部46に記憶する。
次に、図2Bを参照しながら、X線画像撮影部41及び本ダーク画像撮影部42の動作について説明する。図2Bは、X線の照射タイミング、及び、センサ4の各変換素子における電荷の蓄積と電荷の読み出しとのタイミングを示すタイミングチャートである。
図2Bに示す例では、センサ4の各変換素子における電荷の蓄積と電荷の読み出しとを行い、X線画像撮影部41によるX線画像の撮影と、本ダーク画像撮影部42による本ダーク画像の撮影とが行われている。また、図2Bに示すタイミングチャートでは、最初にX線画像を撮影し、次に本ダーク画像を撮影する場合を示している。
また、図2Bでは図2Aと同じように、X線画像と本ダーク画像を撮影するための蓄積を行う前に、暗電流により発生した不要な電荷を読み出すための処理が必要であり、その読み出し時間をTkとしている。そして、X線照射時間をTXとし、X線画像の蓄積時間をTwXとし、X線画像の読み出し時間をTr1とし、X線画像の読み出し後に撮影された本ダーク画像を読み出す時の蓄積時間をTwtとし、ダーク画像の読み出し時間をTr2とする。ここで、X線照射TXは操作入力部2で設定された照射時間であり、X線画像を読み出す時の蓄積時間TwXはX線画像取得部41によって選定された第1の事前ダーク画像を撮影した時の蓄積時間、本ダーク画像を読み出す時の蓄積時間は第2の事前ダーク画像を読み出した時の蓄積時間と同じである。また、X線画像及び本ダーク画像の全撮影時間TfXは、次の式4によって表される。
TfX=2Tk+TwX+Tr1+Twt+Tr2・・・式4
TfX=2Tk+TwX+Tr1+Twt+Tr2・・・式4
また、X線照射時間TXとX線画像の撮影時の蓄積時間TwXとは、次の式5に示す関係が成り立つように設定される。
TX<TwX・・・式5
TX<TwX・・・式5
X線画像取得部41は、事前ダーク画像記憶部44に記憶した第1の事前ダーク画像データを撮影した時の蓄積時間の中から、X線照射時間以上であって、且つ、該X線照射時間に最も近い該蓄積時間Twnを選定する。そして、X線画像取得部41は、選定した蓄積時間Twnと同一時間にX線画像撮影時の蓄積時間TwXを設定する。従って、式4は、次の式6になる。
TfX=2Tk+Twn+Tr1+Twt+Tr2・・・式6
TfX=2Tk+Twn+Tr1+Twt+Tr2・・・式6
ここで、例えばX線照射時間TXが300msの場合、X線照射時間300ms以上であって、且つX線照射時間300msに最も近い第1のダーク画像の蓄積時間は400msとなる。本ダーク画像の蓄積時間Twtを1msとし、本ダーク画像の読み出し時間Tr2を200msとすると、X線画像及び本ダーク画像の全撮影時間TfXは1401msとなる。
ところで、従来のX線画像撮影方法では、X線画像の蓄積時間TwXと本ダーク画像の蓄積時間Twtとが同じ400msであり、X線画像の読み出し時間Tr1と本ダーク画像の読み出し時間Tr2とが同じ400msである。そのため、X線画像及びダーク画像の全撮影時間TfXは2000msとなる。従って、本実施形態におけるX線画像撮影方法は、従来のX線画像撮影方法に対して、約600ms程度短くすることができる。
本実施形態では、式2に示すように、本ダーク画像の蓄積時間Twtを、X線画像の蓄積時間TwXよりも短く設定しているため、撮影時間TfXを短くすることができる。これより、X線照射から画像表示までの時間を短くすることができる。
オフセット補正部46は、事前ダーク画像記憶部44に記憶した第1の事前ダーク画像と、第2の事前ダーク画像の平均画素値と、記憶部46に記憶したX線画像と本ダーク画像の平均画素値とを用いて、X線画像のオフセット補正を行う。オフセット補正は図3Bの説明の時に詳細に説明する。センサ4はオフセット補正部46がオフセット補正を行うと、不図示の通信回路を介して、オフセット補正した画像を制御部5に転送し、制御部5はオフセット補正された画像に画像処理等を施して、表示部6に表示させる。
先述の不図示のメモリには、後述の図3A及び図3Bに示す処理、及び、その他のX線画像撮影システム10の制御に必要なプログラム等が記憶されている。
次に、図3A及び図3Bを参照しながら、第1の実施形態に係るX線画像撮影システム10の処理について説明する。図3Aは、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理を示すフローチャートである。なお、図3Aに示す処理は、例えば、X線画像撮影システム10の工場出荷前のタイミングで実施される処理である。
ステップS301において、事前ダーク画像取得部43は、ユーザによる事前ダーク画像操作部3の操作に応じて撮影条件(蓄積時間)が入力され、制御部5を介して、事前ダーク画像記憶部44に記憶される。ここでは、一例として、第1の事前ダーク画像を撮影する時の蓄積時間(200ms、400ms、1000ms)と第2の事前ダーク画像を撮影する時の蓄積時間(1ms)とが撮影条件として入力されて、事前ダーク画像記憶部44に記憶される。
ステップS302において、事前ダーク画像取得部43は、ユーザにより取得スイッチ3aが操作され、取得スイッチ3aがオンになったか否かを判定する。取得スイッチ3aがオンとなった場合、処理はステップS303に移行する。一方、取得スイッチ3aがオフである場合、処理はステップS302に戻り、取得スイッチ3aがオンになるまで待機する。
ステップS303において、事前ダーク画像取得部43は、暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後に、ステップS301にて記憶された蓄積時間200msで第1の事前ダーク画像を撮影する。ステップS304において、事前ダーク画像取得部43は、撮影した第1の事前ダーク画像を事前ダーク画像記憶部44に記憶させる。なお、ステップS303は、図2Aでの第1の事前ダーク画像撮像処理の例である。
ステップS305において、事前ダーク画像取得部43は、暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後に、ステップS301にて記憶された蓄積時間1msで第2の事前ダーク画像を撮影する。ステップS306において、事前ダーク画像取得部43は、撮影した第2の事前ダーク画像の所定領域内の平均画素値を算出し、第1の事前ダーク画像の蓄積時間毎に、第2の事前ダーク画像の平均画素値を事前ダーク画像記憶部44に記憶させる。なお、ステップS305は、図2Aでの第2の事前ダーク画像撮像処理の例である。
ステップS307において、事前ダーク画像取得部43は、ステップS301において事前ダーク画像撮影部44に記憶された全ての蓄積時間(200ms、400ms、1000ms)に関して第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像の撮影が完了したか否かを判定する。全ての蓄積時間に関する該事前ダーク画像の撮影が完了していない場合、ステップS308において第1の事前ダーク画像の撮影する時の蓄積時間を変えて、ステップS303に戻る。一方、全ての蓄積時間に関する第1の事前ダーク画像の撮影が完了した場合、事前ダーク画像取得部43は、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理を終了する。
ステップS307からS308に処理が移行した場合、ステップ308において、事前ダーク画像取得部43は、第1の事前ダーク画像を撮影する時の蓄積時間を、ステップS301において事前ダーク画像撮影部44に記憶された蓄積時間のうち、未だ撮影されていない蓄積時間に変更し、ステップ301において第1の事前ダーク画像を撮影する。即ち、本実施形態では、蓄積時間200ms、400ms、1000msの順で第1の事前ダーク画像の撮影が行われることで、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理が終了する。
本実施形態では、図3Aに示すように、ステップS301〜S308において、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影をX線画像の撮影前、例えば、X線画像撮影システム10の工場出荷前に行っているが、これに限らない。例えば、X線画像撮影システム10の工場出荷時、X線画像撮影システム10の設置時、又は、X線画像の撮影の合間等に、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影を行ってもよい。また、事前ダーク画像記憶部44はフラッシュROM等の不揮発性のメモリを有するとしているが、X線画像の撮影の合間等に該事前ダーク画像の撮影を行うのであれば、それに限定されるものではなく、RAM等の揮発性のメモリであってもよい。
図3Bは、X線画像の撮影処理と、その後の本ダーク画像の撮影処理と、第1の事前ダーク画像及び第2の事前ダーク画像の平均画素値を用いたオフセット補正処理とを示すフローチャートである。なお、図3Bに示す処理は、患者撮影時に実行される処理である。
ステップS311において、X線画像取得部41は、操作入力部2において設定された撮影条件の照射時間を制御部5を経由して受け取り、受け取った照射時間に基づいて、X線画像撮影時の蓄積時間を決定する。該蓄積時間の決定方法は、既にX線画像取得部41のところで説明したので省略するが、ここでは図2BのTwXが設定される。また、本ダーク画像撮影部42は本ダーク画像撮影時の蓄積時間を、事前ダーク画像記憶部44に記憶した第2の事前ダーク画像時の蓄積時間Twt(1ms)に設定する。そして、X線照射時間TXは制御部5を経由して、X線発生部に設定される。
ステップS312において、制御部5は、ユーザにより照射スイッチ2aが操作され、当該照射スイッチ2aがオンになったか否かを判定する。照射スイッチ2aがオンとなった場合、処理はステップS313に移行する。一方、取得スイッチ3aがオフである場合、処理はステップS312に戻り、取得スイッチ3aがオンになるまで待機する。
ステップS313において、暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後に、制御部5は、X線発生部1から照射時間TXの間、被写体20にX線1aを照射させ、X線画像取得部41は蓄積時間TwXの間、X線画像を撮影するための蓄積を行う。そして、X線発生部1のX線照射の終了し、蓄積時間TXwが経過したら、X線画像撮影部41は、ステップS314においてX線画像を撮影し、ステップ315は撮影したX線画像を記憶部46記憶する。
その後、本ダーク画像撮影部42は、ステップS316において、暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後に、本ダーク画像を撮影する。ここで、本ダーク画像を撮影するときの蓄積時間はTwtである。次に、本ダーク画像撮影部42は、ステップS317において、撮影した本ダーク画像の所定領域内の平均画素値を計算して、記憶部46記憶する。
ステップS318において、オフセット補正部46は、X線画像、本ダーク画像の平均値、第1の事前ダーク画像、第2の事前ダーク画像の平均値を用いて、X線画像に対するオフセット補正を行って処理を終了する。
以下、ステップS318におけるオフセット補正について説明する。ステップS314において撮影されたX線画像をVXとし、ステップS303で撮影された第1の事前ダーク画像をVdnとし、これらを用いて補正された補正画像をVo1とすると、補正画像Vo1は全ての画素においてX線画像VXから第1の事前ダーク画像Vdnを減算することにより得られる。この処理は、次の式7で表される。
Vo1=VX−Vdn・・・式7
Vo1=VX−Vdn・・・式7
式7によって表される補正画像Vo1は、X線画像VXを撮影した時の蓄積時間と第1の事前ダーク画像Vdnを撮影した時の蓄積時間が等しいため、蓄積時間の違いによる暗電流の変動を消すことができる。
ステップS317において計算された本ダーク画像の平均画素値をAvrVdとし、ステップS306で撮影された第2の事前ダーク画像の平均画素値をAvrVdtnとすると、補正画像Vo2は、本ダーク画像の平均画素値AvrVdから、第2の事前ダーク画像の平均画素値AvrVdtnを減算することにより得られる。この処理は、次の式8で表される。
Vo2=AvrVd−AvrVdtn・・・式8
Vo2=AvrVd−AvrVdtn・・・式8
式8によって表される補正画像Vo2は、本ダーク画像を撮影した時の温度と第2の事前ダーク画像を撮影した時の温度との間の温度変動により発生したオフセット成分となる。
従って、補正画像Vo1と補正画像Vo2とを用いたオフセット補正後の画像Vo3は、次の式9で表される。
Vo3=Vo1−Vo2・・・式9
Vo3=Vo1−Vo2・・・式9
以上の一連のオフセット補正により、式7〜式9において、蓄積時間の違いと温度変動により発生した暗電流の電荷分とを補正することができる。
センサ4は、オフセット補正後の画像を制御部5に転送する。また、制御部5はオフセット補正後の画像に画像処理等を施して表示部6に表示する。
本実施形態では、第1の事前ダーク画像の撮影時の蓄積時間Tw1を200ms、400ms、1000msとしたが、これに限定されない。例えば、1回目の第1の事前ダーク画像の撮影時の蓄積時間Tw1を300ms、2回目の第1の事前ダーク画像の撮影時の蓄積時間Tw2を800ms、3回目の第1のダーク画像の撮影時の蓄積時間Tw3を3000msとしてもよく、任意の値を設定することができる。また、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像を撮影する回数は3回として説明したが、これに限定されるものではない。また、第2の事前ダーク画像を撮影する時の蓄積時間Twtを1msとして説明したが、これに限定されるものではない。
また、本実施形態では、事前ダーク画像記憶部44以外の各構成部41〜43及び45を、不図示のメモリに記憶されているプログラムが実行することにより実現させているが、例えば、当該各構成部をハードウェアで実現するようにしてもよい。
また、本実施形態では、第2の事前ダーク画像の撮影時の読出し時間Tr2を、第1の事前ダーク画像の撮影時の読出し時間Tr1より短くしているが、これに限定されない。例えば、第2のダーク画像撮影時の読み出し時間Tr2と、第1の事前ダーク画像の撮影時の読み出し時間Tr1は等しくしてもよい。また、第2のダーク画像の読出し時間を短くするには、例えば2次元状配列された光電変換素子の2行を同時に読み出すことにより達成することができる。
さらに、本実施形態では、第2の前記ダーク画像所定領域内の平均画素値と、本ダーク画像所定領域内の平均画素値とを算出しているが、これに限定されるものではなく、例えばダーク画像の全領域でもよい。また、該所定の領域は、例えば、ユーザが任意の領域に設定できるようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、ユーザによる操作入力部2の操作に応じて撮影条件(管電圧、管電流、照射時間)が入力されると、制御部5を経由して、操作入力部2において設定された撮影条件の照射時間に基づいて、X線画像撮影時の蓄積時間が決定されるとしている。しかしながら、例えば、X線照射中に照射スイッチ2aがオフした場合は、制御部5がこれを検知して、X線発生部1からのX線の照射を直ちに停止する。これに対し、例えば、X線画像撮影部41は予め決定された蓄積時間だけ待った後にX線画像の撮影を行ってもよいし、照射スイッチ2aがオフした時間が早ければ、改めて事前ダーク画像記憶部44に記憶した第1の事前ダーク画像を読み出した時の蓄積時間の中から、X線照射時間以上であって、且つ、該X線照射時間に最も近い該蓄積時間を選定してもよい。また、所定のX線線量になったら自動的にX線照射が停止するように構成する場合にも、同じ処理を適用できる。
さらに、本実施形態では、センサ4の中にX線画像撮影部41、本ダーク画像撮影部42、事前ダーク画像取得部43、事前ダーク画像記憶部44、オフセット補正部45、及び記憶部46が含まれるとしている。但し、本発明は、これに限定されるものではなく、これらのうちの一部または全てが制御部5に含まれてもよい。例えば制御部5の中にX線画像撮影部41、本ダーク画像撮影部42、事前ダーク画像取得部43、事前ダーク画像記憶部44、オフセット補正部45、及び記憶部46が含まれていてもよい。この場合の構成を図1Bに示す。なお、各構成及びそれらの処理は図1Aに示す第1の実施形態に係るX線画像撮影システムと同様であるため省略する。また、この場合、プログラムを備える前述のメモリ(不図示)も制御部46に含むことができる。
本実施形態によれば、確実なオフセット補正を行うことができるとともに、X線を照射してから画像表示までの時間を短縮することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態に係るX線画像撮影システムの構成は、図1Aに示した第1の実施形態に係るX線画像撮影システム10の構成と同様であるため、以下の説明においても、図1Aの符号を用いるものとする。但し、第2の実施形態におけるダーク画像記憶部44は、複数枚のダーク画像を平均した画像を記憶する。
以下、図4を参照しながら、第2の実施形態に係るX線画像撮影システム10の処理について説明する。図4は、本発明の第2の実施形態における2枚の第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理を示すフローチャートである。
ステップS401において、事前ダーク画像取得部43は、ユーザによる事前ダーク画像操作部3の操作に応じて撮影条件を入力し、記憶部47に記憶させる。ここでは、第1のダーク画像の蓄積時間(200ms、400ms)と第2のダーク画像の蓄積時間(1ms)とが撮影条件として入力される。
ステップS402において、事前ダーク画像取得部43は、ユーザにより取得スイッチ3aが操作され、取得スイッチ3aがオンになったか否かを判定する。取得スイッチ3aがオンとなった場合、処理はステップS403に移行する。一方、取得スイッチ3aがオフである場合、処理はステップS402に戻り、取得スイッチ3aがオンになるまで待機する。
ステップS403において、事前ダーク画像取得部43は、暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後にステップS401で入力された蓄積時間200msで、1枚目の第1の事前ダーク画像を撮影する。ステップS404において、事前ダーク画像取得部43は、撮影した1枚目の第1の事前ダーク画像をダーク画像記憶部44に記憶させる。
ステップS405において、事前ダーク画像取得部43は、暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後にステップS401で入力された蓄積時間1msで、1枚目の第2の事前ダーク画像を撮影する。ステップS406において、事前ダーク画像取得部43は、1枚目の第2の事前ダーク画像の所定領域内の平均画素値を算出し、平均画素値をダーク画像記憶部44に記憶させる。
ステップS407において、事前ダーク画像取得部43は暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後に、ステップS403と同じ蓄積時間200msで、2枚目の第1の事前ダーク画像を撮影する。ステップS408において、事前ダーク画像取得部43は、撮影した2枚目の第1の事前ダーク画像をダーク画像記憶部44に記憶させる。
ステップS409において、事前ダーク画像取得部43は暗電流により発生した不要な電荷を読み出した後に、ステップS405と同じ蓄積時間1msで、2枚目の第2の事前ダーク画像を撮影する。ステップS410において、事前ダーク画像取得部43は、2枚目の第2の事前ダーク画像の所定の領域内の平均画素値を算出し、平均画素値をダーク画像記憶部44に記憶させる。
図5は、本発明の第2の実施形態における第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影動作を示すタイミングチャートである。図5に示す撮影動作の例では、第1の事前ダーク画像の蓄積時間Tw1を200msに設定し、第2の事前ダーク画像の蓄積時間Twtを1msに設定して、第1の事前ダーク画像及び第2の事前ダーク画像の撮影を2回繰り返している。次に、第1の事前ダーク画像の蓄積時間Tw2を400msに設定し(第2の事前ダーク画像の蓄積時間Twtは1msのまま)、第1の事前ダーク画像及び第2の事前ダーク画像の撮影を2回繰り返している。また、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像を撮影する蓄積を行う前に、暗電流により発生した不要な電荷を読み出す処理を行っている。
ステップS411において、事前ダーク画像取得部43は、蓄積時間Tw1を200msに設定して撮影した2枚の第1の事前ダーク画像を平均し、この平均して得られた1枚の第1の事前ダーク画像をダーク画像記憶部44に記憶させる。また、事前ダーク画像取得部43は、既に説明したようにS406とS410において、蓄積時間Tw2を1msに設定して撮影した2つの第2の事前ダーク画像の平均画素値を記憶している。そして、2つの平均画素値を平均し、1つの平均された第2の事前ダークの画像の平均画素値を算出し、ダーク画像記憶部44に記憶させる。
ステップS412において、事前ダーク画像取得部43は、ステップS401において事前ダーク画像撮影部44に記憶された全ての蓄積時間に関して第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像の撮影が完了したか否かを判定する。全ての蓄積時間に関する該事前ダーク画像の撮影が完了していない場合、ステップS413において第1の事前ダーク画像を撮影する時の蓄積時間を変えて、ステップS403に戻る。一方、全ての蓄積時間による第1の事前ダーク画像の撮影が完了した場合、事前ダーク画像取得部43は、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理を終了する。
ステップS412からS413に処理が移行した場合、ステップS413において、事前ダーク画像取得部43は、ステップS401において記憶部47に記憶された蓄積時間のうち、未だ撮影されていない蓄積時間に変更し、ステップS403において第1の事前ダーク画像を撮影する。即ち、本実施形態では、蓄積時間200ms、400msの順で第1の事前ダーク画像の撮影が2回行われることで、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像との撮影処理が終了する。
その後、X線画像の撮影処理と、その後のダーク画像の撮影処理と、第1事前のダーク画像及び第2の事前ダーク画像を用いたオフセット補正処理とが行われる。これは、図3Bを用いて説明した処理と同様である。但し、図3BのステップS318に対応する第2の実施形態におけるオフセット補正処理では、平均された第1の前記ダーク画像と、平均された第2のダーク画像の平均画素値とが用いられる。これにより、第1の事前ダーク画像と第2の事前ダーク画像とに含まれる暗電流のばらつきの影響を抑えたオフセット補正を行うことができる。
第2の実施形態では、2枚のダーク画像を平均した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えば4枚でもよい。
以上、上述した実施形態においては、確実なオフセット補正を行えるとともに、X線を照射してから画像表示までの時間を短縮することが可能となる。従って、より高速で高品質なX線画像データの撮影が求められる医療分野において、有効な利用が期待される。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (17)
- 予め照射手段により放射線を照射しない状態で、放射線を検知して電荷を蓄積する検知手段において少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、前記蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する第1の事前ダーク画像撮像手段と、
放射線画像撮像のために、前記照射手段から放射線を照射させる照射制御手段と、
前記蓄積時間のうちから、前記照射手段による放射線の照射時間に対応する蓄積時間を選定する選定手段と、
前記放射線画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間を、前記選定手段により選定された蓄積時間に設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された蓄積時間で前記検知手段において電荷を蓄積させることにより、前記放射線画像を撮像する放射線画像撮像手段と、
前記第1の事前ダーク画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うオフセット補正手段とを有することを特徴とする放射線画像撮像装置。 - 前記第1の事前ダーク画像撮像手段による前記第1の事前ダーク画像の撮像処理と関連して、前記照射手段により放射線を照射しない状態で、前記検知手段において所定の蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、第2の事前ダーク画像を撮像する第2の事前ダーク画像撮像手段と、
前記放射線画像撮像手段による前記放射線画像の撮像処理と関連して、前記照射手段により放射線を照射しない状態で、前記検知手段において前記所定の蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、本ダーク画像を撮像する本ダーク画像撮像手段とを更に有し、
前記オフセット補正手段は、さらに、前記第2の事前ダーク画像と前記本ダーク画像とを用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の放射線画像撮像装置。 - 前記本ダーク画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間は、前記放射線画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間より短いことを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記第2の事前ダーク画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間は、前記第1の事前ダーク画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間より短いことを特徴とする請求項2又は3に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記第2の事前ダーク画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の読み出し時間は、前記第1の事前ダーク画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の読み出し時間より短いことを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記オフセット補正手段は、前記放射線画像から前記第1の事前ダーク画像を減算することにより、前記放射線画像のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記オフセット補正手段は、前記放射線画像から前記第1のダーク画像を減算することにより得られる値から、前記本ダーク画像の平均画素値から前記第2の事前ダーク画像の平均画素値を減算することにより得られる値を減算することにより、前記放射線画像のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記本ダーク画像の平均画素値は、前記本ダーク画像の所定の部分領域における平均画素値であることを特徴とする請求項7に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記第2の事前ダーク画像の平均画素値は、前記第2の事前ダーク画像の所定の部分領域における平均画素値であることを特徴とする請求項7に記載の放射線画像撮像装置。
- 前記第1の事前ダーク画像撮像手段により撮像された複数枚の前記第1の事前ダーク画像を平均した画像を算出する第1の算出手段を更に有し、
前記オフセット補正手段は、前記第1の算出手段により算出された画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の放射線画像撮像装置。 - 前記第2の事前ダーク画像撮像手段により撮像された複数枚の前記第2の事前ダーク画像を平均した画像を算出する第2の算出手段を更に有し、
前記オフセット補正手段は、前記第2の算出手段により算出された画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の放射線画像撮像装置。 - 放射線画像撮像装置によって実行される放射線画像撮像方法であって、
予め照射手段により放射線を照射しない状態で、放射線を検知して電荷を蓄積する検知手段において少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、前記蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する第1の事前ダーク画像撮像ステップと、
放射線画像撮像のために、前記照射手段から放射線を照射させる照射制御ステップと、
前記蓄積時間のうちから、前記照射手段による放射線の照射時間に対応する蓄積時間を選定する選定ステップと、
前記放射線画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間を、前記選定ステップにより選定された蓄積時間に設定する設定ステップと、
前記設定ステップにより設定された蓄積時間で前記検知手段において電荷を蓄積させることにより、前記放射線画像を撮像する放射線画像撮像ステップと、
前記第1の事前ダーク画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うオフセット補正ステップとを有することを特徴とする放射線画像撮像方法。 - 予め照射手段により放射線を照射しない状態で、放射線を検知して電荷を蓄積する検知手段において少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、前記蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する第1の事前ダーク画像撮像ステップと、
放射線画像撮像のために、前記照射手段から放射線を照射させる照射制御ステップと、
前記蓄積時間のうちから、前記照射手段による放射線の照射時間に対応する蓄積時間を選定する選定ステップと、
前記放射線画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間を、前記選定ステップにより選定された蓄積時間に設定する設定ステップと、
前記設定ステップにより設定された蓄積時間で前記検知手段において電荷を蓄積させることにより、前記放射線画像を撮像する放射線画像撮像ステップと、
前記第1の事前ダーク画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うオフセット補正ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 前記放射線画像撮像のための蓄積時間を選定する選定手段は、前記第1の事前ダーク画像を撮影した時の一つ以上の異なる蓄積時間の中から、X線照射時間以上であって、且つ、前記第1の事前ダーク画像を撮影した時の蓄積時間に最も近い蓄積時間を選定することを特徴とする請求項1に記載の放射線画像撮像装置。
- 予め照射手段により放射線を照射しない状態で、放射線を検知して電荷を蓄積するセンサにおいて少なくとも一つ以上の異なる蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、前記蓄積時間毎に第1の事前ダーク画像を撮像する第1の事前ダーク画像撮像手段と、
放射線画像撮像のために、前記照射手段から放射線を照射させる照射制御手段と、
前記蓄積時間のうちから、前記照射手段による放射線の照射時間に対応する蓄積時間を選定する選定手段と、
前記放射線画像の撮像の際における前記検知手段での電荷の蓄積時間を、前記選定手段により選定された蓄積時間に設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された蓄積時間で前記検知手段において電荷を蓄積させることにより、前記放射線画像を撮像する放射線画像撮像手段と、
前記第1の事前ダーク画像を用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うオフセット補正手段とを有することを特徴とする放射線画像撮像システム。 - 前記第1の事前ダーク画像撮像手段による前記第1の事前ダーク画像の撮像処理と関連して、前記照射手段により放射線を照射しない状態で、前記検知手段において所定の蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、第2の事前ダーク画像を撮像する第2の事前ダーク画像撮像手段と、
前記放射線画像撮像手段による前記放射線画像の撮像処理と関連して、前記照射手段により放射線を照射しない状態で、前記検知手段において前記所定の蓄積時間で電荷を蓄積させることにより、本ダーク画像を撮像する本ダーク画像撮像手段とを更に有し、
前記オフセット補正手段は、さらに、前記第2の事前ダーク画像と前記本ダーク画像とを用いて、前記放射線画像のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項15に記載の放射線画像撮像システム。 - 前記放射線画像撮像システムは制御部を備え、
前記制御部は前記オフセット補正部を有することを特徴とする請求項16に記載の放射線画像撮像システム。
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