JP2014535039A - 光子数の補正方法および装置｛ｐｈｏｔｏｎｃｏｕｎｔｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ｝ - Google Patents

Abstract

本発明は、ある画素で検知された光子数を調整する光子計数法を用いて画像撮影装置の画素間の偏差を解決する技術とシステムに関する。このような偏差はある画素の有効面積を他の画素の有効面積より大きくして、画素ごとの光子数が異なるようにし、その結果、画質を悪化させる。したがって、均一な放射線に露出された時に光子を再分配して、隣接画素間の光子数と統計的雑音と信号対雑音比を同一にする。このような光子の再分配によって検出器アレイと関連した空間均一度とＭＴＦが改善される。【選択図】図７

Description

本発明は、画像撮影分野に関し、具体的には、（Ｘ線やγ線を用いた撮影装置のように）光子計数法を採択した分野や、光子計数を改善するためのＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）改善（最適化）に関する。例えば、医療、セキュリティー、産業分野に用いられるＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナーにおいては、各々の画素で検知された光子数を計数し、このような光子数に基づいて検査中のオブジェクトの２次元や３次元の画像を作る。

今日、ＣＴ、ＳＰＥＣＴ（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｈｏｔｏ ｅｍｉｓｓｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、マンモグラフィー、デジタル放射線撮影機のような画像撮影装置は、検査中のオブジェクトの内部特徴を示す情報や画像を提供するのに用いられる。一般的に、オブジェクトはＸ線やγ線のように光子を有する放射線に露出され、オブジェクトの内部構造に吸収された放射線やオブジェクトを透過する光子量に基づいて画像が形成される。骨や金属のような高密度部分（例；原子数の高い成分を有する部分）は低密度部分より放射線をさらに多く吸収するため、筋肉や衣類のような低密度部分で囲まれた時に鮮明に見えるのが普通である。

放射線画像撮影装置の検出器アレイを形成する複数の画素の各々はオブジェクトを透過した放射線を信号に変換し、この信号を処理して画像を作る。画素は通常「電荷積分型」や「光子計数型」であり、画像撮影装置は電荷積分モードや光子計数モードで動作する。

（電荷積分チャネルを備えた）電荷積分型画素は、エネルギーを流入される光子量に比例する信号（例；電流や電圧信号）に変換する。各信号は一定時間（以下、測定間隔ともいう）にかけて積分され、サンプリングされ、デジタル化される。このような種類の画素は広く用いられるものの、幾つかの短所を有しており、例えば、検知された光子数や光子エネルギーのようなフィードバックをすることができず、画素内の雑音のために感度も低く、検査中のオブジェクトに加える放射線量が光子計数型画素に比べて遥かに多くならざるを得ない。

（光子計数チャネルを備えた）光子計数型画素は、エネルギーを（放射線イベントともいう）検知された光子のエネルギーに比例する信号に変換する。理想的には、画素から生じた信号がシングル放射線イベントと関連した電流や電圧パルスを含む。コントローラは各々の放射線イベントの位置とエネルギーを決定し、測定間隔の間に起こる放射線イベントを蓄積し、情報をデジタル化し、デジタル情報を処理して画像を作る。当業者であれば、光子計数型画素が電荷積分型画素より多い長所を有することが分かるはずである。例えば、光子の計数には基本的に雑音がなく、検査中のオブジェクトに加える放射線量も低いことは勿論、波長のようなエネルギー識別も可能である。したがって、放射線のエネルギーレベルの各々を示す画像も同時に得ることができる。

しかし、光子計数型画素は、（製造欠陥、電場歪みなどによる）画素面積の偏差のために空間的に不均一であって画像の強度偏差を引き起こす。面積の大きい画素は隣接画素を害するほど多くの光子を検知し、このような画素面積の偏差は従来には利得補正法によって補正した。利得補正法においては、校正をし、１つの画素の応答率と隣接画素の平均応答率に基づいた倍数因子を探す。例えば、（全画素を均一な放射線量に露出させる）校正をする間、隣接画素より少ない光子を計数した画素には１より大きい倍数因子を適用して、検査中に画素で検知された光子数に該倍数因子をかける。

前述したように、光子を計数する検出器アレイでの大きい（ほぼ唯一な）雑音源は統計的な光子計数過程から起因すると見る。画素で検知された光子が多いほど信号対雑音比が良くなり、信号対雑音比は画素で計数された光子数の平方根と等しい。画素の信号に倍数因子を適用すれば、画素の統計的雑音にも類似する倍数因子を適用して、（倍数因子が１より大きいか小さいかに応じて）画素の総雑音は上げたり下げたりすることができるが、画素の信号対雑音比は変わらない。したがって、利得補正法によっても互いに隣接した画素の間の信号対雑音比の偏差はそのままであるので画質に悪影響を与える。

本発明の方法は、検出器アレイの第１画素で検知された光子数を調整して第１画素の信号対雑音比を調整するステップを含み、調整された信号対雑音比が第１画素で検知された光子数を示す第１信号対雑音比とは異なる。

本発明は、プロセッサを介して実行された時、本発明の方法を実行するコンピュータ命令語を有するコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。この方法によれば、検出器アレイの第１画素で検知された光子数が隣接画素で検知された平均光子数から閾値以上外れた時、第１画素で検知された光子数を調整して、第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時に第１画素による光子検知と関連した統計的雑音が隣接画素による光子検知と関連した平均統計的雑音と等しくなるようにする。

本発明は、光子計数法を採択した画像撮影システムも提供する。このシステムは、第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時、第１画素と隣接画素との間の信号対雑音比が均一になるように第１画素で検知された光子数を調整する補正器を含む。

本発明は、光子計数を用いて画像内の画素間の偏差を解決する方法も提供する。この方法は、画像の画素を均一な光子数に露出するステップ、各画素で検知された光子数に基づいて画像勾配を決定するステップ、および画像勾配に基づいて各画素の加重関数、すなわち、第１画素から第２画素への光子転移のための加重関数を決定するステップを含む。

光子計数法を採択した第１画像撮影装置のブロック図である。 光子データプロセッサのブロック図である。 画素で検知された光子数を調整する補正器のブロック図である。 各画素の生データ（ｒａｗ ｄａｔａ）を示す表である。 生データに利得補正法を適用した後の計数された光子数、統計的雑音および信号対雑音比を示す表である。 生データに本発明の補正を適用した後の計数された光子数、統計的雑音および信号対雑音比を示す表である。 光子転移表を作るための補正法のフローチャートである。 光子転移表を用いて画素で計数された光子数を調整する方法のフローチャートである。 本発明によるコンピュータ読み取り可能な媒体のブロック図である。

以下の説明は一例に過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。

隣接画素の間に光子を再分配して各画素の光子数の記録を補正するシステムと技術が提供される。検出器アレイを均一な放射線に露出した時、このような再分配によって隣接画素の光子数と統計的雑音は勿論、信号対雑音比が（隣接画素の平均偏差／誤差内で）ほぼ等しくなる。このようにして、光子計数法を採択して画像の空間均一度を改善（最適化）しＭＴＦを改善する。すなわち、空間解像度やＭＴＦを改善して空間解像度とＭＴＦの精密度を改善する。例えば、ある画素が光子を過度に多くまたは少なく計数すれば、空間解像度とＭＴＦの精密度が低下する。画素で計数された光子数の記録を調整して空間解像度とＭＴＦを復旧する。

ここで説明されるシステムと技術においては、校正と画像を記録する間、検出器アレイの画素を光子に均一に露出する。次に、画素の画像勾配が決定され、光子を計数した画素の加重関数が隣接画素の光子数に比べて閾値を外れるかを決定する。決定された加重関数に基づいて、後続検査過程で画素の光子数をどれくらい調整するかを規定した光子転移表（「カーネル（ｋｅｒｎｅｌ）」ともいう）が作られる。このような光子転移表を用いて検査によって生じた画像を補正する。

ここで説明する光子は、Ｘ線光子、γ光子、その他のＣＴやＳＰＥＣＴのような画像撮影装置から放出される他種類の光子をいずれも含む概念である。また、光子数の調整は光子カウントの調整を意味したりもする。例えば、１つの画素において１５０個の光子がカウントされたとすれば、検知された光子の記録を調整し、この画素が（１５０個でない）１００個の光子だけをカウントしたことに調整する。

検出器アレイに加えた放射線量は必要な補正や撮影をするのに十分に多くても良い。例えば、実際に各々の画素は本明細書で例示した５０〜１５０個の光子より遥かに多い１００，０００以上の光子をカウントすることもできる。

図１は、検査中のオブジェクトに関するデータ（例；画像）を作るための撮影装置の一例１００のブロック図である。この実施形態は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではなく、ＳＰＥＣＴ、マンモグラフィー、放射線撮影機など様々な光子放出撮影装置に適用されることができる。

オブジェクト１０２を検査する検査装置１０８は回転支持台１０４および（固定式）支持構造１１０を備え、支持構造１１０は回転支持台１０４の少なくとも一部を囲み、回転支持台は図示されたように外部の固定式リングの内側に配置された回転リングの形態である。検査中のオブジェクト１０２はベッドやコンベヤーベルトのように検査区域１１４内に置かれる支持台１２に置かれ、回転支持台１０４はモーター、駆動軸、チェーン、ローラートラックのようなロテータ１１６によってオブジェクト１０２の周りを回転する。

回転支持台１０４は検査区域１１４の一部を囲み、Ｘ線源のような放射線源１１８と複数の画素からなる検出器アレイ１０６とを有し、検出器アレイは放射線源１１８の反対側に位置する。

検査時、放射線源１１８は放射線１２０を扇形や円錐形で検査区域１１４に向かって放出する。放射線１２０は連続して放出されても良く、パルス状で断続して放出されても良い。

オブジェクト１０２を透過した放射線はオブジェクト１０２の内部性質に応じて各々異なるように減衰するため、検出器アレイ１０６で検知される減衰率や光子数の変化に合わせて画像が生成される。例えば、骨や金属板では皮膚や衣類に比べて放射線１２０が多く減衰し、検出器アレイ１０６にぶつかる光子数が減少する。

検出器アレイ１０６には焦点を中心に画素が円形や円筒形や球形で一列や幾つかの列で線形や２次元に配列されている。回転支持台１０４が回転すれば、検出器アレイ１０６は検知された放射線をアナログ信号に変換するが、この時、非晶質セレニウムや他の直接変換物質を用いて直接変換するか、ＣｓＩや他の間接変換物質を用いて間接変換する。

検出器アレイ１０６は電荷積分モードに反対な光子計数モードで動作する。すなわち、画素が（当業界で周知の）光子計数モードにあり、（ＣＴスキャナーとＸ線エネルギーのように）エネルギーを検知された光子エネルギーに比例する信号に変換するように構成される。したがって、理想的には、各画素から生じた信号が、例えば、各々の放射線と関連した電流や電圧パルスを含むのが普通である。光子計数型画素について説明するが、検出器アレイ１０６が既存の電荷積分画素を備えても良い。例えば、各画素ごとに光子計数チャネルと電荷積分チャネルがあっても良い。

検出器アレイ１０６や画素から生じた信号は、検出器アレイに連結された光子データプロセッサ１２２に送られる。コントローラともいう光子データプロセッサ１２２は信号を受け、検出器アレイによって検知された光子の位置と検知時間を示す光子データを生成する。

各々の光子の検知時間は、該時間での放射線源の位置と関連する。光子データプロセッサ１２２の実際の限界のため、光子データプロセッサは各検知時間に基づいて光子と関連したデータを取得箱（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｂｉｎ）に捨てることができる。例えば、光子データプロセッサ１２２は、光子がない場合は、各々の検知された光子を放射線源１１８の位置と連携することができないため、特定間隔に検知された光子は捨て、該間隔の間の放射線源１１８の概略的な位置を決定する。当業者であれば分かるように、取得箱の個数は、接線方向のぼやけ（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｂｌｕｒｒｉｎｇ）を十分に減らすほどに比較的に多くなければならず（１０００個程度）、このようなぼやけは、放射線源の軌跡や動きに応じて大区間の間に光子を示す各々の箱（ｂｉｎ）が抜けた時に生じる。

光子データは検知時間や位置以外の他の特性、例えば、放射線源１１８から検出器アレイ１０６までの検知された光子のエネルギーや軌跡や角度に関する情報も表示するが、このようなデータは検知された光子の位置、検知された時間、光子を検知した瞬間の放射線源の位置に基づいて光子データプロセッサ１２２において誘導する。

光子データプロセッサ１２２に連結された画像再構成器１２４は、適宜な分析法、反復法、再構成法などを利用して検査中のオブジェクト１０２を示す画像を作る。一般的に、各々の画像は検査中のオブジェクト１０２の平面やスライスを示す。

画像再構成器１２４による再構成処理や光子データプロセッサ１２２による記録過程の一部として、後述する補正過程に基づいて一定光子数が第１画素から隣接画素に移転され、画像内の統計的雑音均一度と信号が改善される。すなわち、画素によって計数された光子数の記録が補正過程で決定された通りに一定量に調整され、本来の個数と調整された個数との差が隣接画素に分散して、隣接画素の記録も調整される。

端末１２６が画像再構成器１２４から画像を受けてモニター１２８を介してユーザに見せるが、ユーザが検査装置の動作（回転速度、放射線数値など）を端末１２６に直接入力することもできる。

端末１２６に連結されたコントローラ１３２は、端末１２６を介したユーザの入力を受け、実行する動作を示す検査装置１０８に対する命令語を生成する。

このブロック図は例示したものに過ぎず、説明された要素は分離しても互いに統合しても良いことは勿論、他の要素を追加することもできる。例えば、画素から生じた信号や信号の画像特性を調整するパルス調整器を追加することもできる。

図２は、信号２５０を受け、検出器アレイによって検知された光子の位置と検知時間を示す光子データ２５２を生成する光子データプロセッサ２００のブロック図であり、具体的には、検出器アレイから信号２５０を受け、後続処理や再構成のために画像再構成器１２４に光子データ２５２を出力する。

光子データプロセッサ２００のレコーダー２０２は検出器アレイの画素が検知した光子の位置と検知時間を記録するが、具体的には、一定時間の間に検知した光子数を記録する。すなわち、一定時間の間に各画素が検知した光子に関する情報を廃棄する。例えば、光子データプロセッサ２００において、初めての何ミリ秒の検査中には第１画素が１００個の光子を検知し、２番目の何ミリ秒の検査中には．．．、次の何ミリ秒の検査中には第１画素が９８個の光子を検知し、第２画素が１０１個の光子を検知する形で記録する。このようにして、特定時間の間に各々の画素が何個の光子を計数するかを決定することができ、このような時間を以下「測定周期」や「ビュー」ともいう。

当業者であれば分かるように、検出器アレイの全画素が同一の検知面積を占めるように画素の精密度を改善しようと努力しているが、全画素が同一でないこともある。例えば、製造上の欠陥により、一部画素は検知面積が異なることがある。面積のより大きい画素は隣接画素に損傷を与えるほど多くの光子を検知する。すなわち、面積のより大きい画素に隣接した画素が検知する光子を面積のより大きい画素が検知すれば、画像内に空間的な不一致が発生して画質に悪影響を与える。

画素の有効面積差を解決するために、補正器２０４は、後述する光子転移表に提示された情報に基づいて画素が検知した光子数を調整する。例えば、補正に基づいて、第１画素は隣接画素より３０％さらに多い光子を計数（測定）するのが普通である。したがって、補正器２０４は、測定周期の間、第１画素（例；１次画素）が計数した光子数の３０％を隣接した他の画素に転移し、隣接した他の画素より光子数をさらに少なく計数して、例えば、所定の平均閾値（偏差値）内の光子数を計数する。以上で光子転移表に提示された情報に基づいて画素が検知した光子を移転したり光子数を調整したりすることについて説明したが、光子そのものは実際には転移されることも調整されることもないものであり、画素が計数した光子数の記録を調節するだけのものである。例えば、第１画素が１５０個の光子を計数し、光子転移表の情報に基づいて光子数の３３％を５０個の光子だけ計数した第２画素に移転しなければならないとすれば、補正器２０４は、第１画素が１００個の光子を計数したこととして記録し、第２画素も１００個の光子を計数したこととして第２画素の記録を調整する。このようにして、補正器は（第１画素の面積が第２画素のそれより大きいために生じる）画素内欠陥による不足を補正する。

ここで用いられた「第１」や「第２」という用語は識別のためのものであって、順序や重要度などを意味するものでないことを理解しなければならない。

（第１画素が計数した光子を第２画素が計数した光子数記録に移したり再割当したりして）各画素が計数した光子数を調整するのは、既存の画素偏差を補正する方法である利得補正とは異なるものである。例えば、利得補正期間には検知された光子の光子数（例；信号）と統計的雑音を補正期間に決定された倍率でかける。このような乗算によって光子数と統計的雑音が変わることはあっても、信号対雑音比はそのままである。

以上で説明したように、補正は画素が計数した光子数の調整である。すなわち、第１画素が計数した光子を他の画素に移転するものである。このような補正によって検知された光子数と関連した統計的雑音が変わることは勿論、第１画素と関連した信号対雑音比も変わる。また、後ほど詳しく説明するが、このような調整による統計的雑音と信号対雑音比は、第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時の隣接画素の平均統計的雑音と信号対雑音比と（許容偏差内で）ほぼ同一である。

光子数の調整に用いられる光子転移表は補正によるものであり、ある場合には放射線源から放出された放射線のエネルギーレベルによって左右される。例えば、７０ｋｅＶで放出されるＸ線に有効な光子転移表が９０ｋｅＶのＸ線には有効でないことがある。したがって、撮影装置が作動する各々のエネルギーレベルに対して補正を行い、これによって生じた複数の光子転移表を用いてオブジェクトの検査中に画素の記録を補正する。

また、本実施形態の補正器２００を他のところに配置することもでき、例えば、画像再構成器２０４に配置するか、撮影装置とは別途に配置することもできる。

図３は修正器３００のブロック図であり、画像勾配要素３０２（ｉｍａｇｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、加重関数要素３０４（ｗｅｉｇｈｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、光子転移表３０６および調整器３０８を含む。この実施形態も例示したものに過ぎず、補正過程と検査過程中に他の要素を用いることもでき、例えば、画像勾配要素３０２と加重関数要素３０４は補正にのみ用い、光子転移表３０６と調整器３０８は補正過程と検査過程に用いることもできる。

補正過程中に、（画素ごとに同じ面積であり、同じ光子数を検知すれば）検出器アレイ１０６が均一に放射線に露出され、補正器３００は各画素が検知した光子数に関する補正情報３５０を受ける。すなわち、均一な放射線量に画素が露出されれば、どの画素の面積が正常値（平均面積）より大きいか小さいかを決定することができる。画素の検知面積が同一であれば、同一の表面が均一な放射線に露出されるため、画素ごとに検知する光子数も同じでなければならないだろう。

画像勾配要素３０２は光子数に関する補正情報３５０を受け、光子数の差（すなわち、第１画素と隣接画素で検知した光子数の差）や勾配（画像強度の変化）を識別する。一例として、この要素３０２は第１画素の隣接画素が検知した平均光子数を決定し、第１画素が閾値（例；偏差）を外れるか否かを決定する。このような過程を画素ごとに繰り返し行い、閾値を外れた光子数と閾値内の光子数を計数した画素を判断する。このようにすれば、検出器アレイの全体や一部画素が計数した平均光子数に比べて過度に多いか少なく計数した画素を決定することができる。

一方、画素の光子数の差を確認するのに、画像勾配要素３０２でない他の技術、例えば、フラットフィールド補正（ｆｌａｔ−ｆｉｅｌｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）技術などを利用することもできる。

補正過程に用いられる加重関数要素３０４は画素が検知した光子数を閾値内に調整する方法を決定するが、例えば、第１画素が計数した光子数が平均より高く、隣接画素が計数した光子数が平均より低ければ、第１画素が計数した光子を隣接画素に移転するか否かを決定する。

第１画素が計数した光子数と隣接画素が計数した平均光子数との差に基づいて、他の画素に移転しなければならない光子比率を決定して光子数をどのように調整するかを加重関数要素３０４が決定する。例えば、第１画素が他の画素が検知した平均光子数より３０％さらに多い光子を計数したとすれば、これに基づいて画像勾配要素３０２が補正をし、加重関数要素３０４は第１画素が検知した光子の３０％を隣接画素に移転する方法を決定する。このようにして、加重関数要素３０４は補正中に求めた情報を用いて片方の画素から他方の画素に光子をどのように移転するかを決定するが、主に光子の一部を減衰するオブジェクトによって各々の画素が同じ光子数を計数しない時にする。

加重関数要素３０４は光子を廃棄するかを決定するのではなく、隣接画素に光子を移転して画素ごとに光子数がほぼ同一になるように決定する。すなわち、隣接画素に検知された光子を再分配して画素が全て平均範囲内の光子数を計数するようにする。このような決定を例えば加重関数という。

他の画素に何％の光子を移転するかを決定する各画素の加重関数は光子転移表３０６に格納される。例えば、検査過程中に第１画素が計数した光子数の３０％が減少し、減少した光子の８０％を隣接した第２画素に移転し、残りの２０％は隣接した第３画素に移転するようにすることができ、これは、補正過程の間、平均より３０％さらに多い画素を検知した第１画素のため、第２と第３画素は光子をより少なく検知したと加重関数要素３０４がした決定に基づく。

調整器３０８は光子転移表３０６の情報に基づいて記録を調整するが、例えば、各画素の補正された光子数を示すデータ３５４を出力するように光子転移表に基づいてレコーダーから受信した補正情報３５０を調整する。このようにして、加重関数要素３０４が画素の間に光子をどのように配分するかを決定するかを確認することができる。例えば、画素が放射線に均一に露出されれば、調整器３０８が調整したデータ３５４は画素に対する信号対雑音比が均一であることを示す。すなわち、調整器３０８が補正情報３５０を調整したり補正したりアップデートしたりした後には、検出器アレイの一部領域内の画素がたとえより大きい光子数を計数したとしても、この領域の各画素の計数された光子数、統計的雑音および信号対雑音比はほぼ同一でなければならない。したがって、最終データ３５４がこのような特性を示せば、加重関数要素３０４が光子を移転する方法を正しく決定したのである。このような特性が均一でなければ、補正過程を繰り返さなければならない。

補正器３００は、光子転移表に基づいて検査をする間に画素が計数した光子数の情報や記録を調整したりもする。例えば、放射線量が７０ｋｅＶである時には、第１画素が計数した光子の３０％を隣接した第２画素に移転しろと光子転移表３０６に記載されているのであれば、光子転移表の内容の通りに、第１画素の記録を受けた調整器３０８が３０％の光子を第２画素に転移し、調整されたデータ３５４を画像再構成器に出力する。このようにして、調整器３０８は、計数中の光子と関連した信号（例；光子数）と統計的雑音と信号対雑音比を引き起こす。また、検査中や検査の間に、画素や一部画素が放射線に均一に露出されれば、調整器３０８による調整（再配分）後に露出された画素の信号と統計的雑音と信号対雑音比も均一でなければならない。

図４〜６は、検出器アレイが放射線に均一に露出された時（一部の９個の画素の）各画素に対する信号（光子数）、統計的雑音および信号対雑音比を示す情報を提供する表を示す。具体的には、図４の表は補正前の各画素の信号４０２、関連の統計的雑音４０４および信号対雑音比４０６を示し、図５の表は既存の利得補正後の信号５０２、関連の統計的雑音５０４および信号対雑音比５０６を示し、図６の表は本発明の調整後の信号６０２、関連の統計的雑音６０４および信号対雑音比６０６を示す。

均一な露出によって画素から生じた信号を示す表４０２によれば、大部分の画素は（許容偏差±２の範囲内である）１００個程度の光子を検知するが、第１画素４０８は面積が大きいため、５０個を検知した第２画素４１０に害があるように１５０個の画素を検知した。光子検知と関連した統計的雑音がポアソン統計過程に従うため、各画素と関連した統計的雑音は画素が検知した光子数の平方根と等しい（表４０４を参照）。したがって、図４において、大部分の画素で計数された光子数が１００程度であるため、関連の統計的雑音は１０程度である。しかし、第１画素４０８は光子数が高いため、関連の統計的雑音も平均値より大きい。また、第２画素４１０は光子数が平均より少ないため、関連の雑音も平均より小さい。画素が検知した光子数を統計的雑音で分けて求めた信号対雑音比４０６も同様である。

図５の実施形態の利得補正は一般的に閾値を外れた画素から生じた信号（光子数に倍率を適用して行われる。表５０２に示すように、第１画素４０８には倍率０．６６をかけて光子数が１５０から１００に減り、第２画素４１０には倍率２をかけて光子数が５０から１００に増えて、両画素の光子数が一致した。

統計的雑音を示した表５０４に示すように、統計的雑音にも倍率を適用し、第１画素４０８と関連した統計的雑音に倍率０．６６を適用して８．０５の雑音を作り、第２画素４１０には倍率２を適用して１４．２に作った。信号対雑音比を示した表５０６においては各画素の信号対雑音比が表４０６と異ならず、これは、信号と統計的雑音の両方とも同じ倍率をかけたためである。また、表５０４のように補正された統計的雑音と表５０６のような信号対雑音比も一定でないことが分かる。すなわち、光子数の多い第１画素４０８の信号対雑音比と統計的雑音は光子数がほぼ平均である画素の信号対雑音比および統計的雑音とは相当に異なる。

図６の表６０２において、第１画素４０８が計数した光子の３３％（５０個）が第２画素４１０に転移して両画素の光子数が１００個になる。このようにして、各画素の光子数を隣接した他の画素の閾値以内にあるようにする。また、第１画素４０８から第２画素４１０に光子が移転したことでなく、光子転移を反映する記録が変わったことであるため、両画素の光子検知と関連した統計的雑音もアップデートされた光子数の平方根であるだけである。したがって、統計的雑音表６０４から分かるように、両画素４０８，４１０の統計的雑音が１００の平方根である１０に調整される。また、各々の画素の光子検知と関連した統計的雑音も以上で説明したシステムや技術を用いて光子を移転する時に許容限界内で均一になる。

図５〜６の実施形態は、以上で説明した技術を用いた補正と既存の利得補正を用いた画素間の面積差の補正との差を明確に示す。図５の表５０４と図６の表６０４を比較すると、利得補正では統計的雑音が不均一であるのに対し、本発明の補正によれば均一であることが分かる。図５の表５０４と図６の表６０４には明らかな差がある。利得補正によれば、図４の表４０６に示すように、各画素の信号対雑音比が画素の初期信号対雑音比とほぼ一致するが、本発明の補正法によれば、補正された画素の信号対雑音比が初期信号対雑音比とは異なる。また、画素が放射線に均一に露出されれば、本発明の補正をする時に表６０６のように各画素の信号対雑音比がほぼ均一であるが、これは図５の表５０６とは対照的である。

図７は、オブジェクトの検査によって生じた画像の空間均一度を改善するために光子計数法を利用して画質を補正する方法７００のフローチャートである。この方法においては、画素間の光子数の差を確認することができ、正常より高い画素の光子を隣接画素に移転してこの差を補う方法を決定することができる。この方法は、画素面積の差を補う利得補正法の代わりにするか改善する。

７０２ステップから始まり、７０４ステップにおいて検出器アレイが放射線に均一に露出される。放射線はＸ線、γ線、その他の光子を有し、オブジェクトを撮影するのに用いられる他の形態の放射線を含む。また、検出器アレイの全画素が同じ光子数を検知するように検出器アレイの表面の全体を均一に放射線に露出することが良いが、画素を部分的に一度に一箇所ずつ放射線に均一に露出しても良い。例えば、初めての時間間隔には第１画素セットを放射線に露出させ、第２画素セットは２番目の時間間隔に放射線に露出させる。すなわち、検出器アレイの全画素の全体が必ずしも同時に放射線に露出される必要はない。補正しなければならない画素だけを露出することができる。

７０６ステップにおいては、分析法、反復法、その他の公知の光子計数法を利用して各々の画素が検知した光子数を計数する。画素の製作上の欠陥や他の欠陥のため、ある画素は他の画素より多く計数することがある。例えば、不正確や電場歪みのため、面積のより大きい画素は面積の小さい隣接画素より多い光子を検知する。光子は加えられたり減ったりするものではない。すなわち、隣接画素に比べて多くの光子を有する画素はより少ない光子を検知した隣接画素に悪影響を与える。例えば、第１画素に隣接した大部分の画素が１００個の光子を検知し、第１画素が１５０個の光子を検知したとすれば、隣接画素のうちあるものは１００個より遥かに少ない光子を検知したことであろう。したがって、各画素の検知面積の差のため、ある画素の光子数は他の画素の光子数より多いので許容範囲を外れるであろう。

図４で説明したように、各々の画素による光子検知と関連した統計的雑音と、各画素の信号対雑音比は光子数に依存する。例えば、光子計数と関連した統計的雑音は検知された光子数の平方根と等しく、画素の電子的成分と関連した電子的雑音は無視できる程度である。したがって、各画素の光子計数と関連した雑音は検知された光子数の平方根であるだけである。また、雑音が光子数の平方根であるだけであるため、各画素で検知された光子数から信号対雑音比を誘導することができる。すなわち、与えられた画素の信号対雑音比は画素が検知した光子数（信号）：光子数の平方根であり、これは信号対雑音比が検知された光子数の平方根であることのみを意味する。

７０８ステップにおいて、当業界で周知の方法を利用して画像勾配を決定する。すなわち、時間間隔（例；測定周期やビュー）の間、第１画素と隣接画素が検知した光子数の差を確認し、第１画素の光子数が正常範囲を外れて補正しなければならないかを決定する。例えば、第１画素の隣接画素が検知した光子数を平均して第１画素を含む局部的画素が検知した平均画素数を決定する。次に、平均画素数を第１画素の光子数と比較し、第１画素の光子数が平均許容範囲（偏差）内にあるか否かを判断する。このような過程を検出器アレイの補正する画素の各々に対して繰り返し行う。また、平均範囲を外れた画素は表示をするか区分して記録することもでき、これはこのような画素の光子数を調整するためである。

７１０ステップにおいては、画像勾配に基づいて加重関数を適用する。すなわち、補正状態で画素が（平均に比べて）多過ぎる光子を検知すれば、決定された画像勾配に基づいて光子数の何％を減らして隣接した他の画素に移転するかを決定する。逆に、画素が少な過ぎる光子を検知すれば、他の画素から光子の何％を移転してもらうかを決定する。

言い換えれば、７１０ステップにおいては、材料欠陥や電場歪みなどによる画素の不均一性（画素が隣接画素に比べて過度に多いか少ない光子を検知したか否か）に基づいて光子をどれくらい移転するかを決定する。例えば、第１画素が１５０個の光子を検知し、隣接画素は１００個の画素を検知したとすれば、７１０ステップにおいては、第１画素が検知した光子の３３％を隣接画素に移転することを決定する。第１画素に隣接した第２画素が均一な露出中に８０個の画素を検知したとすれば、第１画素から光子の４０％（５０個中の２０個）を移転し、隣接した第３画素が７０個の光子を検知したとすれば、第１画素の光子の６０％（５０個中の３０個）を移転しろとの決定をするだろう。したがって、加重関数は画素から移転される光子の比率と移転方向を決定する。

光子の移転について説明したが、光子そのものは物理的には移転しないのが普通である。むしろ、特定画素で計数された光子数を示す記録を調整し、加重関数による決定を反映するといえる。したがって、加重関数は、画素が検知した光子数の記録を各画素の有効検知面積上の偏差を考慮してどれくらい変更するかについて説明するものである。

画像勾配を探したり加重値を適用したりすることは（光子を画素間にどれくらい移転しなければならないかという情報を提供する）光子転移表や補正マトリクスを求めるためのツールであるだけであって、本発明の範囲を限定しようとするものではない。すなわち、勾配や加重値以外の他の技術を適用することもできる。

７１２ステップにおいては、加重関数に基づいて（カーネルともいう）光子転移表が生成される。光子転移表は、多過ぎる光子を検知した画素から少な過ぎる光子を検知した画素に光子をどれくらい移転するかに関する情報を提供する。例えば、多過ぎる光子を計数した画素が計数した画素の１３．２％を第２画素に、そして計数した画素の１９．８％は第３画素に移転しろと光子転移表に規定されることができる。このようにして、計数された光子数を示す画素の記録が光子の計数に応じてリアルタイムでアップデートされる。

光子転移表が一定の放射線範囲にのみ有効であることがある。したがって、放射線エネルギーレベルや範囲が様々である時、各々のレベルや範囲に対して以上で説明した動作を繰り返し行って各レベルに対する光子転移表を作ることもできる。

７１４ステップで終了する。

図８は、ＣＴスキャナー、ＳＰＥＣＴスキャナー、マンモグラフィー、デジタル放射線撮影機などの撮影装置の検出器アレイの画素が計数した光子数を補正する方法８００のフローチャートである。この方法は、画素間の偏差の悪影響を緩和して画像の空間均一度を改善するか、画像の信号と統計的雑音を改善する。

８０２ステップから始まり、検査中に検出器アレイの画素が放射線に露出される。すなわち、検査区域に入ったオブジェクトに向かって扇形や円錐形で放射線が放出される。オブジェクトを透過した放射線は正反対側の検出器アレイの画素によって検知される。

８０６ステップにおいては、各々の画素が検知した光子数を計数する。すなわち、各々の画素が検知した光子数を示す信号（電流や電圧信号）が発生するが、このような信号はパルス形態であっても良い。このような信号に基づいて、各画素が検知した光子数を示す記録が生じる。この記録は信号から誘導される他の情報を含むこともできる。例えば、画素が検知した各々の光子のエネルギーレベルが記録されることができる。

オブジェクトを通過しつつエネルギーが減少するため、画素が検知する光子数は同じでない。例えば、骨は内臓器官より少ない光子が透過するため、骨を透過した光子を検知する画素は内臓器官を透過した光子を検知する画素より少ない光子を検知する。画素が均一な放射線量に露出された時に生じる偏差とは異なり、画素が不均一ある放射線量に露出された時に生じる（画素ごとの）光子数の偏差を用いてオブジェクトの画像を作るため、このような偏差は一般的に好ましい。

８０８ステップにおいて、各画素が計数した光子数や、このような光子数の記録を光子転移表の情報に基づいて調整する。すなわち、製造上の欠陥や電場歪みなどによる画素間の偏差を（画像製作過程の一部として）リアルタイムで補正する。例えば、光子転移表に基づいて、第１画素が検知した光子の一部（３３％）を隣接した第２画素に転移し、第１と第２画素の各々が計数した光子数の記録を光子転移表に合うように調整する。すなわち、画素間の光子数の偏差は、製造欠陥や電場歪みによって生じる偏差というよりはオブジェクトの検査によって生じる減衰率を示す。

また、補正の結果、画素が放射線に均一に露出されたとすれば、（画素間の偏差の補正に用いられる利得補正法に比べて）各画素の信号や統計的雑音属性から色々な特徴が明らかになる。例えば、画素が検知した光子数を調整して画素の信号対雑音比を調整し、このように調整された信号対雑音比は本来の信号対雑音比とは異なり、図４の表４０６と図６の表６０６を見ればそれを知ることができる。また、ある画素の信号対雑音比と隣接した他の画素の信号対雑音比が（規定偏差内で）ほぼ等しくなる。また、画素の間に光子を移転して各画素が検知した光子数を調整した後、各画素による光子検知と関連した統計的雑音も画素の間でほぼ均一になる。すなわち、補正後に、信号、統計的雑音、信号対雑音比がほぼ均一になるように調整をする。

この方法８００は製造欠陥、電場歪みなどによる画素間の偏差を光子計数を用いて補正する例に過ぎず、全体画像処理方法を説明するものではない。すなわち、この方法は画像処理方法の一部であるだけである。例えば、変換効率を改善するために追加補正や校正を行うことができ、各画素の調整された光子数記録を用いてオブジェクトの画像を作ることができる。

８１０ステップで終了する。

本発明は、以上で説明した技術をプロセッサ−実行命令語で実行するコンピュータ読み取り可能な媒体に関するものでもある。図９はこのような実施形態９００のブロック図であり、コンピュータ読み取り可能な媒体９０２はフラッシュドライブ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒまたはハードディスクドライブなどが挙げられ、これにコンピュータ読み取り可能なデータ９０４がエンコードされる。コンピュータ読み取り可能なデータ９０４に含まれたコンピュータ命令語９０６は以上で説明した原理に従って動作する。本実施形態９００のコンピュータ命令語９０６は図７の方法７００や図８の方法８００のうち少なくとも一部である方法９０８を実行する。一方、コンピュータ命令語９０６が図１〜３のシステム１００，２００，３００で実行されることもできる。当業者であれば、以上で説明した技術に応じて動作する多くのコンピュータ読み取り可能な媒体を実現することができる。

Claims (30)

1. 検出器アレイの第１画素で検知された光子数を調整して第１画素の信号対雑音比を調整するステップを含み、
   調整された信号対雑音比が第１画素で検知された光子数を示す第１信号対雑音比とは異なることを特徴とする方法。
2. 前記第１信号対雑音比を誘導するように第１画素で検知された光子数を計数するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第１画素で検知された光子数を規定比率で調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記規定比率を決定する時、第１画素と隣接画素を均一な放射線量に露出させ、隣接画素で検知された平均光子数を決定し、第１画素で検知された光子数と隣接画素で検知された平均光子数との差に基づいて、第１画素で検知された光子数を調整する規定比率を決定することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 第１画素で検知された光子数に対する調整に基づいて第１画素に隣接した第２画素で検知された光子数を調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 第１画素で検知された光子数に対する調整に基づいて第１画素に隣接した２個以上の画素で検知された各々の光子数を調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 第１画素で検知された光子数に対する調整に基づいて第１画素による光子検知と関連した調整された統計的雑音を生成するステップをさらに含み、前記調整された統計的雑音が第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時の隣接画素による光子検知と関連した平均統計的雑音と等しいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記調整された統計的雑音が第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時の隣接画素の前記平均統計的雑音と等しいことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 第１画素に対して調整された信号対雑音比が第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時の隣接画素に対する平均信号対雑音比と等しいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 検出器アレイの第１画素で検知された光子がＸ線光子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 検出器アレイの第１画素で検知された光子がγ光子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. 検出器アレイの第１画素で検知された光子数が隣接画素で検知された平均光子数から閾値以上外れた時、第１画素で検知された光子数を調整して、第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時に第１画素に
    よる光子検知と関連した統計的雑音が隣接画素による光子検知と関連した平均統計的雑音と等しくなるようにする方法をプロセッサを介して実行するコンピュータ命令語を有することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な媒体。
13. 前記方法が第１画素に隣接した画素で検知された平均光子数を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
14. 前記方法が第１画素による光子検知と関連した統計的雑音を誘導するために第１画素で検知された光子数を計数するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
15. 前記方法が第１画素で検知された光子数を規定比率だけ調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
16. 規定比率を決定する時、第１画素と隣接画素を均一な放射線量に露出させ、隣接画素で検知された平均光子数を決定し、第１画素で検知された光子数と隣接画素で検知された平均光子数との差に基づいて、第１画素で検知された光子数を調整する規定比率を決定することを特徴とする、請求項１５に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
17. 前記方法が第１画素で検知された光子数に対する調整に基づいて隣接画素で検知された光子数を調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
18. 前記方法が第１画素で検知された光子数に対する調整に基づいて隣接した２個以上の画素で検知された各々の光子数を調整するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
19. 第１画素で検知された光子数を示す第１信号対雑音比とは異なる（第１画素の）調整された信号対雑音比を生成するように光子数を調整することを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
20. 前記調整された信号対雑音比が第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時の隣接画素の平均信号対雑音比と等しいことを特徴とする、請求項１９に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
21. 第１画素の調整された信号対雑音比が第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時の隣接画素の平均信号対雑音比と等しくなるように光子数を調整することを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
22. 第１画素で検知された光子がＸ線光子を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
23. 第１画素で検知された光子がγ光子を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
24. 光子計数技術を採択する画像撮影システムであって、
    第１画素と隣接画素が均一な放射線に露出された時、第１画素と隣接画素との間の信号対雑音比が均一になるように第１画素で検知された光子数を調整する補正器を含むことを特徴とする画像撮影システム。
25. 第１画素で検知された光子数と隣接画素で検知された光子数との差を決定する画像勾配要素をさらに含むことを特徴とする、請求項２４に記載の画像撮影システム。
26. 前記光子がＸ線光子を含むことを特徴とする、請求項２４に記載の画像撮影システム。
27. 前記光子がγ光子を含むことを特徴とする、請求項２４に記載の画像撮影システム。
28. 前記補正器が第１画素で検知された光子数を調整する比率を決定することを特徴とする、請求項２４に記載の画像撮影システム。
29. 前記補正器が第１画素で計数された光子数と隣接画素で計数された平均光子数との差に基づいて前記比率を決定することを特徴とする、請求項２８に記載の画像撮影システム。
30. 光子計数を用いて画像内の画素間の偏差を解決する方法であって、
    画像の画素を均一な光子数に露出するステップ、
    各画素で検知された光子数に基づいて画像勾配を決定するステップ、および
    画像勾配に基づいて各画素の加重関数、すなわち、第１画素から第２画素への光子転移のための加重関数を決定するステップを含むことを特徴とする方法。