JP2017092820A - 放射線撮像装置およびフォトンカウンティングの方法 - Google Patents

放射線撮像装置およびフォトンカウンティングの方法 Download PDF

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Abstract

【課題】画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定するための新規な技術を提供する。
【解決手段】複数の画素が配列された画素アレイと、前記画素アレイに入射した放射線フォトンに基づいて放射線画像を生成する処理部とを備える放射線撮像装置であって、前記処理部は、前記複数の画素のそれぞれからの信号の値を画素値として取得する第1処理と、前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素を基準画素として選択する第2処理と、前記基準画素を起点としてその周辺の各画素の画素値を順に参照して、前記画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定する第3処理と、を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、放射線撮像装置およびフォトンカウンティングの方法に関する。
放射線撮像装置のなかには、放射線フォトンの個々を検出し、その数を計測するフォトンカウンティング方式により放射線撮影を行うものがある。具体的には、放射線撮像装置は、例えば、複数の画素が配列された画素アレイと、処理部とを備える。画素アレイに放射線フォトンが入射することにより、画素アレイにおける該放射線フォトンの入射位置およびその近傍に対応する各画素は、該放射線フォトンのエネルギー量に応じた信号を出力する。
処理部は、例えば、複数の画素からの信号を1つ(1フレーム分)の画素データとして所定周期で読み出して複数の画素データを取得し、該複数の画素データを用いて放射線画像データを生成する。具体的には、処理部は、複数の画素データのそれぞれについて、それを構成する信号に基づいて放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量を算出し、該算出の結果に基づいて放射線画像データを生成する。
特開2003−279411号公報
上述の算出の方法の1つとして、画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を画像データに基づいて特定し、その検出領域の各画素の信号に基づいて該放射線フォトンの入射位置およびエネルギー量を算出することが考えられる。そこで、本発明は、画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定するための新規な技術を提供することを例示的目的とする。
本発明の一つの側面は放射線撮像装置にかかり、前記放射線撮像装置は、複数の画素が配列された画素アレイと、前記画素アレイに入射した放射線フォトンに基づいて放射線画像を生成する処理部とを備える放射線撮像装置であって、前記処理部は、前記複数の画素のそれぞれからの信号の値を画素値として取得する第1処理と、前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素を基準画素として選択する第2処理と、前記基準画素を起点としてその周辺の各画素の画素値を順に参照して、前記画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定する第3処理と、を行うことを特徴とする。
本発明によれば、画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定することができる。
放射線撮像装置の構成例を示す図である。 撮像部の構成例を示す図である。 画素の構成例を示す図である。 放射線撮像装置の動作タイミングチャートの例である。 シンチレータにおける発光分布と、画像データとの関係を説明するための図である。 複数の画像データの処理結果の例を説明するための図である。 放射線フォトンの検出方法の例を説明するための図である。 画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域の特定方法の例を説明するための図である。 検出領域の特定方法の例を説明するための図である。 検出領域の特定方法の例を説明するための図である。 検出領域の特定方法の例を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。各図において、同一の部材または同一の構成要素には同一の参照番号を付しており、以下の各実施形態において、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、放射線撮像装置100(又は、「放射線撮像システム」と称されてもよい。)の構成例を示している。放射線撮像装置100は、例えば、放射線が照射された被検体を撮像する撮像部110と、撮像部110からの信号を処理する処理部120と、放射線を発生する放射線源130と、放射線源130を制御する放射線制御部140とを具備する。なお、放射線の概念には、例えば、放射線撮像に一般に用いられるX線の他、α線、β線等も含まれるものとする。
撮像部110は、例えば、放射線を光に変換するシンチレータSCと、複数の画素PXが行列状に配列された画素アレイAPXとを含む。より具体的には、画素アレイAPXには、シンチレータSCからの光(シンチレーション光)を検出する複数の画素PXが、複数の行および複数の列を形成するように配列されている。画素PXは「センサ」と称されてもよく、また、画素アレイAPXは「センサアレイ」と称されてもよい。
処理部120は、例えば、撮像部110および放射線制御部140を制御し、放射線撮影を行う。具体的には、処理部120は、画像データまたはそれを形成する画素信号を撮像部110から受け、画素アレイAPXにおいて検出された放射線フォトンの数を該画像データに基づいて計測するフォトンカウンティング方式により放射線撮影を行う。処理部120は、放射線フォトンの計測結果に基づいて、例えばディスプレイ等の表示部(不図示)に放射線画像を表示させるためのデータを生成する。処理部120は、該データに対して所定の補正処理を行ってもよい。
処理部120は、上述の各ユニットおよびそれを構成する各要素を同期制御しながらそれらを駆動する駆動部としての機能を兼ねてもよいが、該駆動部は、処理部120とは別に配置されてもよい。処理部120は、例えば、本明細書で説明される各動作を実現するためのプログラム又はソフトウェアが格納されたパーソナルコンピュータでもよいし、専用の集積回路(例えばASIC)を備える演算装置でもよい。
放射線撮像装置100の構成は、上述の例に限られるものではなく、あるユニットの一部の機能を、他のユニットが有するように構成されてもよいし、いくつかのユニットが一体になるように構成されてもよい。例えば、放射線制御部140と処理部120とが個別に配された構成を例示したが、これらは単一のユニットで実現されてもよい。
図2は、撮像部110の構成例を示している。撮像部110は、例えば、複数の画素PXが配列された画素アレイAPX、垂直走査回路VSC、水平走査回路HSCおよび選択回路SELを含む。ここでは、理解を容易にするため、3行×3列の画素PXが配列された構成を例示したが、実際にはこの数よりも多く、例えば17インチのセンサパネルの例では約2800行×約2800列の画素PXが配列されうる。
垂直走査回路VSCは、複数の画素PXを駆動するための画素駆動部として機能し、例えばシフトレジスタ等で構成されうる。具体的には、垂直走査回路VSCは、各行に対応する信号線L0を用いて複数の画素PXの動作を行単位で制御する。ここでは、各行に1つの信号線L0が配された態様を例示するが、各行に2以上の信号線が配されてもよい。画素PXの信号は、対応する列信号線L1を介して選択回路SELに出力される。
水平走査回路HSCおよび選択回路SELは、各画素PXから信号を読み出すための読出部として機能する。具体的には、水平走査回路HSCは、例えばシフトレジスタ等で構成され、各列に対応する信号線L2を用いて選択回路SELを制御し、対応する列の画素PXであって垂直走査回路VSCにより駆動された画素PXから信号を読み出す。該読み出された信号は、出力線L3を介して水平転送され、画像データDATAの一部を形成し又は画像データDATAを取得するための画素信号として出力される。
図3は、単位画素PXの構成例を示している。画素PXは、例えば、検出素子D、リセット部310、信号増幅部320、光感度選択部330、クランプ部340、第1のサンプリング部350および第2のサンプリング部360を有する。
検出素子Dは、例えば、PINセンサ、MISセンサ等の光電変換素子を含む。リセット部310は、トランジスタM1を含み、トランジスタM1を導通状態にすることにより検出素子Dの電位をリセットする。信号増幅部320は、電流源に接続されたトランジスタM2〜M3を含む。トランジスタM2を導通状態にすることによりトランジスタM3はソースフォロワ動作を行い、これにより、検出素子Dで生じた電荷の量に応じた信号が増幅される。
光感度選択部330は、トランジスタM4〜M7および容量C4〜C5を含む。例えば、トランジスタM4を導通状態にすることにより容量C4がトランジスタM3のゲートに接続され、且つ、トランジスタM6を導通状態にすることによりトランジスタM7はソースフォロワ動作を行う。これにより、検出素子Dで生じた電荷量に応じた信号の信号増幅率を変更することができる。さらにトランジスタM5を導通状態にすることにより容量C4がトランジスタM3のゲートに接続され、該信号増幅率をさらに変更することができる。
クランプ部340は、トランジスタM8〜M10および容量C1を含む。容量C1の一方の端子n1には、検出素子Dがリセットされたときの信号増幅部320からの出力が供給され、容量C1の他方の端子n2には、トランジスタM8を導通状態にすることにより電源電圧が供給される。これにより、検出素子Dがリセットされたときの電圧が端子n1−n2間にノイズ成分としてクランプされる。その後、トランジスタM8を非導通状態にし、トランジスタM9を導通状態にすることによりトランジスタM10はソースフォロワ動作を行う。検出素子Dがシンチレーション光を検出したことに伴う端子n2の電圧の変化に相当する信号が、トランジスタM10のソースフォロワ動作により増幅され、サンプリング部350または360に出力される。
サンプリング部350は、トランジスタM11〜M13、容量C2およびアナログスイッチSW2を含み、検出素子Dにより検出されたシンチレーション光の光量に相当する信号(S信号)をサンプリングする。具体的には、トランジスタM11を制御することによりクランプ部340からの信号をサンプリングして容量C2に保持することができる。該信号は、ソースフォロワ動作を行うトランジスタM12により増幅され、アナログスイッチSW2を介して列信号線L1A(列信号線L1の1つ)に出力される。
なお、トランジスタM13は、例えば、容量C2と、画素PXの周辺の他の画素(例えば画素PX’)の容量C2との間の電気経路に配されうる。トランジスタM13を導通状態にすることにより、画素PXのS信号と画素PX’のS信号との平均を取得することもでき、また、これらの間でのノイズ成分の差を緩和することもできる。
サンプリング部360は、サンプリング部350と同様の構成をとり、ノイズ成分に相当する信号(N信号)をサンプリングする。該サンプリングされたN信号は、ソースフォロワ動作を行うトランジスタM15により増幅され、アナログスイッチSW3を介して列信号線L1B(列信号線L1の他の1つ)に出力される。
図4は、放射線撮像装置100の駆動タイミングチャートの概略を例示している。図中において、横軸を時間軸とし、縦軸には、装置100の動作、放射線量(ハイレベルは照射している状態を示し、ローレベルを非照射の状態を示す。)、及び、出力線L3を介して出力される画像データ(又は、画像データを形成する画素信号の群)を示している。
例えば、まず所定期間にわたって、放射線源130により画素アレイAPXに対して放射線を照射する。この期間を図中において「照射期間A1」と示す。期間A1では、画素アレイAPXの各画素PXにおいて、放射線の照射量に応じた量の電荷が発生し蓄積される(この動作は、図中において「第1蓄積動作」と示される。)。その後の読出期間B1において、画素アレイAPXの複数の画素PXのそれぞれからS信号を読み出す(この動作は、図中において「第1読出動作」と示される。)。該読み出されたS信号は、期間A1で画素PXに蓄積された電荷の量に対応する。図中において、該読み出されたS信号で構成される画像データを「画像データDATA_S」とする。
次に、期間A1と略等しい期間にわたって、画素アレイAPXに対して放射線が照射されていない状態で待機する。この期間を図中において「非照射期間A2」と示す。期間A2では、画素アレイAPXの各画素PXにおいて、ノイズ成分に相当する量の電荷が発生し蓄積される(この動作は、図中において「第2蓄積動作」と示される。)。その後の読出期間B2において、画素アレイAPXの複数の画素PXのそれぞれからN信号を読み出す(この動作は、図中において「第2読出動作」と示される。)。該読み出されたN信号は、期間A2で画素PXに蓄積された電荷の量に対応する。図中において、該読み出されたN信号で構成される画像データを「画像データDATA_N」とする(画像データDATA_Nは、暗画像データまたはオフセット画像データとも称されうる。)。
処理部120は、画像データDATA_Sと画像データDATA_Nとの差分を算出し、1つ(1フレーム分)の画像データDATAを取得する。詳細は後述とするが、処理部120は、上述の一連の動作を所定周期で行うことにより複数の画像データDATAを取得する。
図5(a)は、シンチレータSCにおける発光分布を画素アレイAPXにおける位置に対応させて示している。本例では、放射線フォトンがシンチレータSCに入射したことに応じてシンチレーション光が発生する。シンチレーション光の大部分は、放射線フォトンの入射位置に対応する画素PXに進み該対応画素PXによって検知され、それと共に、シンチレーション光の一部は、水平方向(画素アレイAPXの上面と平行な方向)に拡散しうる。そのため、図5(a)に示されるように、該シンチレーション光の一部は、上記対応画素PXの周辺(近傍)の他の画素PXによって検知されうる。
図5(b)は、図5(a)の発光分布の場合の画像データを示しており、図中において破線によって格子状に区切られた各マスは、画素アレイAPXにおける画素位置に対応する。また、各マスは、対応する画素位置の画素PXの画素信号の値もしくは該画素信号を量子化した値(以下、「画素値」という。)を含む。図5(b)は、例えば、シンチレーション光の水平方向への拡散によって、上記対応画素PXの周辺の他の画素PXの画素値が、上記対応画素PXの画素値よりは小さいものの、0より大きい値を有しうることを示している。
図5(c)は、図5(b)の画像データに基づいて算出されるべき画像データであって画素アレイAPXにおける放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量が算出された画像データを示している。即ち、放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量は、上記対応画素PXの画素値および上記対応画素PXの周辺の他の画素PXの画素値に基づいて算出されうる。具体的には、放射線フォトンの入射位置は、図5(b)において最も画素値が大きかった画素の位置に対応し、そのエネルギー量は、該画素の画素値と該画素の周辺の各画素の画素値とを加算して得られた値に対応しうる。
図6は、複数の画像データの処理結果の例を説明するための図である。前述のとおり、処理部120は、図4を参照しながら述べた一連の動作を所定周期で行うことにより複数の画像データDATAを取得する。処理部120は、該複数の画像データDATAのそれぞれについて放射線フォトンの入射位置およびエネルギー量を算出する。処理部120は、この算出の結果に基づいて(例えば、それぞれ入射位置およびエネルギー量が算出された複数の画像データを合成して)、1枚の放射線画像を生成する。
まとめると、処理部120は、複数の画像データDATAのそれぞれを解析することにより、当該画像データDATAを取得する際に画素アレイAPXに入射した放射線フォトンの個々の検出を行う。そして、処理部120は、放射線フォトンの個々の検出の結果に基づいて、その入射位置およびエネルギー量を算出し、複数の画像データDATAのそれぞれについての該算出の結果を合成して1枚の放射線画像を生成する。
図7(a)は、放射線フォトンの個々の検出方法の例を説明するためのフローチャートである。以下のステップS710(以下、単に「S710」と示す。他のステップについても同様である。)〜S760では、1つの画像データDATAを構成する画素値を順に走査し、該画像データDATAにおいて放射線フォトンの検出に起因して画素値が所定値(ここでは「0」とする)より大きくなった部分を特定する。このことは、該画像データDATAを取得した際の画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域を特定することと等価である。
S710では、画像データDATAのうち、画素アレイAPXにおける最初の画素PXに対応する部分を選択する。なお、画素アレイAPXの各画素と、画像データDATAを構成する各画素値とは1対1に対応しており、画素アレイAPXと画像データDATAとの対応付けが可能であるため、以下では説明を容易にするため、単に「最初の画素を選択する」と表現する。例えば、m及びnをそれぞれ整数として、第m行かつ第n列の画素を「画素PX(m,n)」と表現する場合、画素PX(1,1)を最初の画素とすればよい。
S720では、S710で選択された画素PXが、基準画素PX_EVの条件を満たすか否かが判断される。基準画素PX_EVは、詳細は後述とするが、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域を特定するための基準となる画素であって、該特定するための処理の起点ないし開始点となる画素である。基準画素PX_EVの条件は、判断対象の画素PXの画素値が、所定の閾値VTH1より大きいことを含む。即ち、この工程では、例えば、画素PXの画素値が、閾値VTH1より大きいか否かを判断し、該画素PXの画素値が閾値VTH1より大きい場合には該画素PXを基準画素PX_EVとして選択してS730に進む。一方、該画素PXの画素値が閾値VTH1より大きくない場合には該画素PXを基準画素PX_EVとして選択せずにS750に進む。
基準画素PX_EVの条件は、判断対象の画素PXの画素値がその隣の画素PXの画素値より小さくないことをさらに含んでもよい。この条件は、画素値がより大きい画素PXを基準画素PX_EVとするためのものである。
また、基準画素PX_EVの条件は、判断対象の画素PXにフラグが立てられていないことをさらに含んでもよい。詳細は後述とするが、フラグは、画素PXを所定の処理の対象とするための目印であり、フラグが立つとは、当該処理の対象となる条件を満たしたことを意味する。この条件は、当該処理が既に為された画素PXについて当該処理またはそれに付随する処理を省略し、S720〜S760の処理に要する時間を短くするためのものである。
S730では、S720で選択された基準画素PX_EVを起点として、その周辺の画素PXの画素値を参照し、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域を特定する。即ち、この工程では、画素アレイAPXにおける単一の領域(連続する一塊の領域)であって、放射線フォトンの入射に伴って該領域における各画素の画素値が0(基準値VTH2)より大きくなった領域を、検出領域として特定する。
なお、S720〜S730については、より詳細な説明を後述する。
次に、S740では、S730で特定された検出領域の各画素の画素値に基づいて、図5(c)を参照しながら述べたように、放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量を算出する。
ステップS750では、S710で選択された画素PXが最後の画素か否かが判断され、最後の画素の場合には本フローチャートを終了し、そうでない場合にはS760に進む。例えば、X及びYをそれぞれ整数として、画素アレイAPXがX行かつY列のアレイの場合において、S710で選択された画素が画素PX(X,Y)のとき、該画素PX(X,Y)は最後の画素であり、本フローチャートを終了する。一方、S710で選択された画素が画素PX(m,n)(m<X又はn<Y)のとき、S760に進む。
ステップS760では、次の画素が選択されうる。例えば、S710で選択された画素が画素PX(m,n)(n<Y)のとき、画素PX(m,n+1)が選択され、画素PX(m,n)(m<Xかつn=Y)のとき、画素PX(m+1,1)が選択されうる。
図7(b)は、基準画素を選択するステップ(S720)の態様を、より具体的に説明するための図である。図中に矢印および数字で示されるように各行の各画素PXが走査され、その画素PXが基準画素PX_EVの条件を満たすか否か(即ち、その画素PXの画素値が閾値VTH1より大きいか否か)が順に判断される。具体的には、まず第1行について、第1列から第Y列までの各画素PXが順に選択され、上記条件を満たすか否かが判断される。同様に、第2行以降の各画素PXについても順に判断される。図7(b)は、第4行において上記条件を満たす画素PXが存在したケース(即ち、画素値が閾値VTH1より大きい画素PXが第4行に存在したケース)を示している。該検出された画素PXは、基準画素PX_EVとして選択される。なお、この基準画素PX_EVと行方向または列方向で隣接する4つの画素PXのそれぞれの画素値は、0ではないものの、閾値VTH1より大きくなかったため、基準画素PX_EVとして選択されなかったものとする。
図7(c)は、基準画素PX_EVを選択するステップから検出領域を特定するステップまで(S720〜S730)の態様を、より具体的に説明するための図である。図を見やすくするため、画素値が0の部分にはハッチングを付し、画素値が0より大きい部分にはその数値を例示する。また、説明を容易にするため、図中に、行(R)およびその番号、並びに、列(C)およびその番号を示す。
例えば、図中の領域P1を参照すると、例えば閾値VTH1=6としたとき、S720において、第3行かつ第3列の画素PX(3,3)は、画素値が10(>VTH1)であるため、基準画素PX_EVとして選択されうる。なお、画素PX(3,3)の周囲の画素PXは、それらのそれぞれの画素値がVTH1(=6)より小さいため、基準画素PX_EVとして選択されない。
その後、S730において、基準画素PX_EVとなった画素PX(3,3)を起点として、その周辺の画素PXの画素値を参照することにより、領域P1が検出領域として特定されうる。本例において、例えば、領域P1の各画素PXの画素値を加算した結果「38」が、放射線フォトンのエネルギー量に対応しうる。また、本例において、例えば、画素PX(3,3)が放射線フォトンの入射位置に対応しうる。他の例では、放射線フォトンの入射位置は、領域P1の各画素PXの画素値の荷重平均により算出されてもよい(即ち、画素値に基づく領域P1における重心位置を放射線フォトンの入射位置としてもよい。)。また、付随的に、領域P1の各画素PXの画素値に基づいて、更に、放射線フォトンの入射方向が算出されてもよいし、又は、シンチレータSCを備える本構成においてはシンチレーション光の発光位置が算出されてもよい。
また、例えば、図中の領域P2を参照すると、同様に閾値VTH1=6としたとき、S720において、領域P2の9つの画素PXは、それらのそれぞれの画素値がいずれもVTH1より小さいため、いずれも基準画素PX_EVとして選択されない。
閾値VTH1の値は、基準画素PX_EVを選択するのに適切な値が設定されればよい。閾値VTH1の値を適切に設定することにより、領域P2の例に示されるように、画像データDATAのうち、ノイズに起因すると考えられる部分をフィルタリングすることができる。
また、イレギュラーな放射線フォトンが入射した場合には、該放射線フォトンの入射位置に対応する画素PXの画素値が極めて大きい値になりうる。そのため、他の例では、基準画素PX_EVの条件を、画素値が所定値VTH0(>VTH1)より小さい値になること(画素値がVTH1〜VTH0の範囲内に存在すること)としてもよい。イレギュラーな放射線フォトンが入射した場合とは、例えば、検出対象の放射線とは異なる種類の放射線(例えば宇宙線等)のフォトンが入射した場合、放射線フォトンが直接的に(シンチレータSCで光に変換されずに)検出素子Dに入射した場合などをいう。これにより、画像データDATAから、意図しない信号成分を除去することも可能である。
前述のとおり、基準画素PX_EVの条件は、更に、判断対象の画素PXの画素値が、その隣の画素PXの画素値より小さくないことを含んでもよい。即ち、ある画素PXの画素値がVTH1よりも大きかったとしても、その画素PXの画素値が、隣接画素PXの画素値よりも小さい場合には、その画素PXを基準画素PX_EVとして選択しないこととしてもよい。
例えば、図中の領域P3を参照すると、同様に閾値VTH1=6としたとき、第8行かつ第3列の画素PX(8,3)の画素値が8(>VTH1)であるが、それと隣接する第8行かつ第4列の画素PX(8,4)の画素値10よりも小さい。そのため、本例では、S720において、画素PX(8,3)は基準画素PX_EVとして選択されない。このことは、例えば、S720において画素PX(8,3)の隣接画素PXの画素値を参照し、該画素値と画素PX(8,3)の画素値とを比較することによって為されればよい。一方、隣接画素PX(8,4)は基準画素PX_EVとして選択されうる。
その後、S730において、基準画素PX_EVとなった画素PX(8,4)を起点として、その周辺の画素PXの画素値を参照することにより、領域P3が検出領域として特定されうる。本例において、例えば、領域P3の各画素PXの画素値を加算した結果「55」が、放射線フォトンのエネルギー量に対応しうる。また、本例において、例えば、画素PX(8,4)が放射線フォトンの入射位置に対応しうる。他の例では、放射線フォトンの入射位置は、領域P3の各画素PXの画素値の荷重平均により算出されてもよい。
前述のとおり、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域は、基準画素PX_EVを起点としてその周辺の画素PXの画素値を参照し、該参照の結果に基づいて特定される。具体的には、画素値が基準値VTH2(ここではVTH2=0)より大きいか否かを、基準画素PX_EVの周辺の各画素PXについて順に判断することにより、検出領域を特定する。このことを、以下、図8を参照しながら述べる。
図8は、検出領域の特定方法の例の一部を形成する「判定処理」を説明するためのフローチャートを示している。判定処理は、フラグが立てられた画素PXに対して為され、まず、S720で選択された基準画素PX_EVについてフラグが立てられる。フラグは、判定処理の対象とするための目印であり、フラグが立つとは、判定処理の対象となる条件を満たしたことを意味する。
S810では、フラグが立てられた画素(ここでは基準画素PX_EV)と上方向(列方向の一方)で隣接する画素PXについて、該隣接する画素PXの画素値がVTH2(=0)より大きいか否かが判断される。該隣接する画素PXの画素値がVTH2より大きい場合にはS811に進み、そうでない場合にはS820に進む。S811では、該隣接する画素PXの画素値に対して判定処理が既に為されたか否かが判断され、判定処理が既に為されていた場合にはS820に進み、そうでない場合にはS812に進む。S812では、該隣接する画素PXについてフラグを立てる。その後、S813では、該フラグが立てられた新たな画素PXに対して同判定処理を行う(該フラグが立てられた新たな画素PXについてS810以降の処理を行う。)。
S820では、フラグが立てられた画素と右方向(行方向の一方)で隣接する画素PXについて、該隣接する画素PXの画素値がVTH2より大きいか否かが、S810同様に判断される。該隣接する画素PXの画素値がVTH2より大きい場合には、上記S811〜S813同様の処理が為され、そうでない場合にはS830に進む。S830以降では、下方向(列方向の他方)で隣接する画素PXについて、及び、S840以降では、左方向(行方向の他方)で隣接する画素PXについて、それぞれ、S810〜S813同様の処理が為される。
以上のフローチャートによると、判定処理では、フラグが立てられた画素PXと行方向または列方向で隣接する4つの隣接画素PXのそれぞれが、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域に含まれるか否かを判定する。そして、該検出領域に含まれると判定された隣接画素PXがある場合には、更に、その隣接画素PXについて判定処理が為され、それ以降についても同様の手順が繰り返される。
換言すると、判定処理は、基準画素PX_EVを起点としてその周辺の画素PXについて再帰的に為される。或いは、基準画素PX_EVについての判定処理を第1の判定処理としたときに、K=2〜Nについて、第(K−1)の判定処理により検出領域に含まれると判断された各画素PXについて第Kの判定処理が為される、と表現されてもよい。なお、Nを2以上の整数とし、Kを2以上かつN以下の整数とする。
本例では、判定処理において、フラグが立てられた画素PXと行方向または列方向で隣接する(即ち、画素区画の対辺方向で隣り合う)4つの画素PXの個々が検出領域に含まれるか否かを判定する態様を示したが、該判定の対象はこれらに限られない。例えば、画素区画の対角方向で隣り合う4つの画素PXの個々を上記判定の対象にしてもよいし、又は、対辺方向または対角方向で隣り合う計8つの画素PXの個々を上記判定の対象にしてもよい。
以上のようにして、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域が特定される。
図9(a)〜(h)は、図8に例示されたフローチャートに基づく検出領域の特定方法を用いた場合の具体例を説明するための図である。理解を容易にするため、VTH2=0とし、画素値が0の部分にはハッチングを付し、画素値が0より大きい部分(検出領域として特定されるべき部分)にはハッチングを付していない。また、説明を容易にするため、図中に、行(R)およびその番号、並びに、列(C)およびその番号を示す。本例では、第4行かつ第4列の画素PX(4,4)が基準画素PX_EVとして選択されたケースを考える。
図9(a)の工程では、基準画素PX(4,4)に対して、図8を参照しながら述べた判定処理が為される。即ち、図中の太線で囲まれた領域において基準画素PX(4,4)と隣り合う4つの隣接画素PX(3,4)、PX(4,5)、PX(5,4)及びPX(4,3)のそれぞれの画素値が、VTH2より大きいか否かの判断の対象となる。本例では、上記4つの隣接画素PX(3,4)等のいずれも、画素値がVTH2より大きいため、フラグが立てられうる。
図9(b)の工程では、図9(a)の工程でフラグが立てられた4つの画素のうちの画素PX(3,4)について、判定処理が為される。即ち、図中の太線で囲まれた領域において画素PX(3,4)と隣り合う4つの隣接画素PX(2,4)、PX(3,5)、PX(4,4)及びPX(3,3)のそれぞれの画素値が、VTH2より大きいか否かの判断の対象となる。隣接画素PX(3,5)については、画素値がVTH2より大きいため、フラグが立てられうる。隣接画素PX(2,4)及びPX(3,3)のそれぞれの画素値は0であるため、隣接画素PX(2,4)及びPX(3,3)についてフラグは立てられない。また、隣接画素PX(4,4)については既に判定処理が為されているため、隣接画素PX(4,4)についての判定処理は省略され、フラグは立てられない。
同様の手順で、図9(c)の工程では、図9(b)の工程でフラグが立てられた画素PX(3,5)について、判定処理が為される。隣接画素PX(2,5)については、画素値がVTH2より大きいため、フラグが立てられうる。隣接画素PX(3,6)の画素値は0であるため、隣接画素PX(3,6)についてフラグは立てられない。また、隣接画素PX(4,5)及びPX(3,4)については既に判定処理が為されているため、隣接画素PX(4,5)及びPX(3,4)についての判定処理は省略され、フラグは立てられない。
同様の手順で、図9(d)の工程では、図9(c)の工程でフラグが立てられた画素PX(2,5)について、判定処理が為される。画素PX(2,5)については、その4つの隣接画素PXのいずれも、フラグが立てられない。
よって、次に、図9(e)の工程では、図9(a)の工程でフラグが立てられた4つの画素のうちの画素PX(4,5)について、判定処理が同様の手順で為される。画素PX(4,5)については、その4つの隣接画素PXのいずれも、フラグが立てられない。
よって、次に、図9(f)の工程では、図9(a)の工程でフラグが立てられた4つの画素のうちの画素PX(5,4)について、判定処理が同様の手順で為される。隣接画素PX(5,3)については、画素値がVTH2より大きいため、フラグが立てられうる。それ以外の隣接画素PX(4,4)、PX(5,5)及びPX(6,4)については、フラグは立てられない。
同様の手順で、図9(g)の工程では、図9(f)の工程でフラグが立てられた画素PX(5,3)について、判定処理が為される。隣接画素PX(6,3)については、画素値がVTH2より大きいため、フラグが立てられうる。それ以外の隣接画素PX(4,3)、PX(5,4)及びPX(5,2)については、フラグは立てられない。
以降、同様の手順を繰り返すことにより、図9(h)に示されるように、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域が特定される。なお、フラグを立てる順番は、本例に限られるものではなく、本例のフローチャートの趣旨および本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更されてもよい。
本実施形態によると、例えば、画素値が閾値VTH1よりも大きい画素PXを基準画素PX_EVとして選択する。その後、基準画素PX_EVを起点とする判定処理を行うことにより、その周辺の各画素PXの画素値を順に参照する。そして、該周辺の各画素PXのうち、画素値が基準値VTH2(<VTH1)よりも大きい画素PXと、基準画素PX_EVとを含む領域を、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域として特定する。画素アレイAPXにおける放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量は、該特定された検出領域の各画素の画素値に基づいて算出されうる。これらの処理は、処理部120により、処理部120が複数の画像データを順に受けながら又は該複数の画像データの全てを受けた後に、該複数の画像データのそれぞれに対して為されうる。
閾値VTH1の値は、基準画素PX_EVを選択するのに適切な値が設定されればよい。閾値VTH1の値を適切に設定することにより、画像データDATAのうち、ノイズに起因すると考えられる部分をフィルタリングすることができ、また、イレギュラーな放射線フォトンに起因する部分を区別することも可能である。
本実施形態では、閾値VTH1と画素値との比較により基準画素PX_EVを選択する態様を例示したが、基準画素PX_EVはなんらかの方法で選択されればよく、基準画素PX_EVの選択方法はこの例に限られない。また、前述のとおり、画素PXを基準画素PX_EVとして選択することは、付随的に、該画素PXの画素値がその隣の画素PXの画素値より小さくないことを条件としてもよいし、該画素PXにフラグが立てられていないことを条件としてもよい。
また、本実施形態では、基準値VTH2を「0」とした例を述べたが、基準値VTH2は、閾値VTH1(上述の例では「6」)より小さい値であればよく、「0」でなくてもよい。例えば、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域を、システムノイズ等のノイズ成分をフィルタリングしながら特定する場合には、例えば、該ノイズ成分の標準偏差をσとして、基準値VTH2を4σより大きい値に設定してもよい。
また、本実施形態では、画素PXの画素値が基準値VTH2よりも大きい場合に該画素PXが放射線フォトンの検出領域に含まれるものと判定する態様を例示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、ある画素PXの画素値が、画素アレイAPXに放射線フォトンが入射したことを示すものである場合に、その画素PXが検出領域に含まれるように構成されればよく、上記判定が画素値と固定値との比較によって為されるものでなくてもよい。例えば、参照対象の画素PX(検出領域を特定するために注目している1つの画素)の画素値と、その隣接画素PXの画素値との関係(これらの比較の結果)に基づいて、該隣接画素PXが上記検出領域に含まれるか否かが判定されてもよい。例えば、参照対象の注目画素PXの画素値よりも隣接画素PXの画素値の方が小さい場合、該隣接画素PXを上記検出領域に含めてもよい。即ち、参照対象の画素の画素値と、その隣接画素の画素値とに基づいて(それらが、画素アレイAPXに放射線フォトンが入射したことに起因するものか否かに基づいて)、それら又はそれらの一部の画素が上記検出領域の条件を満たすか否かが判定されてもよい。
以上、本実施形態によると、画素アレイAPXにおける放射線フォトンの検出領域の特定、並びに、該放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量の算出を高い精度で行うのに有利である。
(第2実施形態)
前述のとおり、処理部120は、複数の画像データDATAのそれぞれについて画素アレイAPXにおける放射線フォトンの入射位置およびエネルギー量を算出し、該算出の結果に基づいて(例えば複数の画像データを合成して)1枚の放射線画像を生成する。前述の第1実施形態では、1つの画像データDATAにおける基準画素PX_EVの画素値とその周辺の画素PXの画素値とを参照して、上記算出を行った。本実施形態では、その前及び/又は後の他の画像データDATAをさらに用いる、という点で第1実施形態と異なる。
図10は、本実施形態に係る検出領域の特定方法の例の一部を形成する「判定処理」を説明するためのフローチャートを、図8同様に示している。例えば、フラグが立てられた画素(ここでは、前述のS720で選択された基準画素PX_EV)が、時刻tで得られた画像データDATA(t)に対応する場合について考える。
この場合、S1010では、1つ前のタイミングで(例えば、時刻tよりΔtだけ前のタイミングで)得られた画像データDATA(t−Δt)において、対応画素PXの画素値がVTH2(=0)より大きいか否かが判断される。該画素PXの画素値がVTH2より大きい場合にはS1011に進み、そうでない場合にはS1020に進む。S1011〜S1013は、前述のS811〜S813同様の内容であるため説明を省略する。
S1020以降では、1つ後のタイミングで(例えば、時刻tよりΔtだけ後のタイミングで)得られた画像データDATA(t+Δt)の対応画素PXについて、それぞれ、S1010〜S1013同様の処理が為される。その後は、図8同様の処理が為されうる(S810に進む。)。
図11は、上記フローチャートに基づく検出領域の特定方法の具体例を説明するための図である。図中において、X軸は行方向に対応し、Y軸は列方向に対応し、また、t軸は時間軸を示す。上記フローチャートによると、まず、時刻tのタイミングの画像データDATA(t)において基準画素PX_EV(t)が選択される。そして、時刻t−Δtのタイミングの画像データDATA(t−Δt)について基準画素PX_EV(t−Δt)およびその周辺の画素の画素値が参照されうる。また、時刻t+Δtのタイミングの画像データDATA(t+Δt)について基準画素PX_EV(t+Δt)およびその周辺の画素の画素値が参照されうる。その後、時刻tのタイミングの画像データDATA(t)について基準画素PX_EV(t)およびその周辺の画素の画素値が参照されうる。他の基準画素PX_EV2(t)についても同様である。なお、上述の参照の順番は本例に限られるものではなく、本例のフローチャートの趣旨および本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更されてもよい。
本実施形態によると、放射線フォトンの入射のタイミングおよびその前後のタイミングでの画素値を用いることにより、第1実施形態に対して、放射線フォトンの入射位置およびそのエネルギー量をより高い精度で算出することもできる。
なお、ここでは画像データDATA(t)の他、画像データDATA(t−Δt)及びDATA(t+Δt)を用いる態様を例示したが、他の例では、更に前のタイミング及び/又は更に後のタイミングの画像データDATAが更に用いられてもよい。また、異なるタイミングの複数の画像データDATAを用いることにより、更に、シンチレーション光の減衰量ないし減衰率を算出することも可能であり、それにより、算出の精度をより高くすることも可能である。
(その他)
以上では、いくつかの好適な実施形態を例示したが、本発明がこれらの例に限られるものでないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各例の一部が変形されてもよい。また、以上の例では、放射線をシンチレータSCにより光に変換して該光を検出素子Dにより電気信号に変換する所謂「間接変換型」の構成を参照したが、本発明は、放射線を直接的に電気信号に変換する所謂「直接変換型」の構成に適用されてもよい。
また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
また、本発明は、上記実施形態の1以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、該システム又は装置のコンピュータにおける1以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理により実現されてもよい。例えば、本発明は、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によって実現されてもよい。
100:放射線撮像装置、PX:画素、APX:画素アレイ、120:処理部。

Claims (14)

  1. 複数の画素が配列された画素アレイと、前記画素アレイに入射した放射線フォトンに基づいて放射線画像を生成する処理部とを備える放射線撮像装置であって、
    前記処理部は、
    前記複数の画素のそれぞれからの信号の値を画素値として取得する第1処理と、
    前記複数の画素のうちの少なくとも1つの画素を基準画素として選択する第2処理と、
    前記基準画素を起点としてその周辺の各画素の画素値を順に参照して、前記画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定する第3処理と、
    を行う
    ことを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 前記処理部は、前記第3処理では、前記参照された画素値が、前記画素アレイに放射線フォトンが入射したことに起因するか否かを判断し、該画素値が前記画素アレイに放射線フォトンが入射したことに起因するものである場合に該画素値の画素と前記基準画素とを含む領域を前記検出領域として特定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
  3. 前記処理部は、前記第3処理では、前記参照された画素値が基準値よりも大きい画素と、前記基準画素とを含む領域を前記検出領域として特定する
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の放射線撮像装置。
  4. 前記処理部は、前記第2処理では、前記基準値より大きい値である閾値よりも画素値が大きい画素を前記基準画素として選択する
    ことを特徴とする請求項3に記載の放射線撮像装置。
  5. 前記画素アレイにおいて前記複数の画素は行列状に配列されており、
    前記処理部は、ある画素について、それと行方向または列方向で隣接する画素のそれぞれの画素値が前記基準値より大きいか否かに基づいて該隣接する画素のそれぞれが前記検出領域に含まれるか否かを判定する機能を有し、
    前記処理部は、前記第3処理では、
    前記基準画素について前記判定を行う第1の判定処理と、
    Nを2以上の整数とし、Kを2以上かつN以下の整数として、2からNまでのKについて、第(K−1)の判定処理で前記検出領域に含まれると判定された前記隣接する画素のそれぞれについて前記判定を行う第Kの判定処理と、
    を行う
    ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の放射線撮像装置。
  6. 前記複数の画素は、互いに隣り合う第1画素および第2画素を含んでおり、
    前記処理部は、前記第2処理において、前記第1画素の画素値が前記第2画素の画素値より小さい場合には、前記第1画素を前記基準画素として選択しない
    ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
  7. 前記処理部は、前記第1処理で取得された画素値のうち、検出対象でない種類の放射線に起因するものを、前記検出領域の各画素の画素値に基づいて除去する
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
  8. 前記処理部は、さらに、前記検出領域の各画素の画素値に基づいて、前記画素アレイにおける放射線フォトンの入射位置および該放射線フォトンのエネルギー量を算出する第4処理を行う
    ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
  9. 前記処理部は、前記第4処理では、前記検出領域の各画素の画素値に基づいて更に前記放射線フォトンの入射方向を算出する
    ことを特徴とする請求項8に記載の放射線撮像装置。
  10. シンチレータをさらに備え、
    前記処理部は、前記第4処理では、前記検出領域の各画素の画素値に基づいて更に前記シンチレータでの発光位置を算出する
    ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の放射線撮像装置。
  11. 前記処理部は、
    前記第1処理では、前記複数の画素のそれぞれから信号を読み出して1つの画像データを取得する一連の動作を所定周期で行うことにより複数の画像データを取得し、
    前記第4処理では、前記複数の画像データを用いて、前記放射線フォトンの入射位置および前記放射線フォトンのエネルギー量を算出する
    ことを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
  12. 前記処理部は、
    前記複数の画像データのうちの第1画像データに対して前記第2処理および前記第3処理を行い、
    前記第2処理および前記第3処理により前記第1画像データについて前記検出領域を特定した場合には、前記第1画像データが取得されたタイミングより前及び/又は後のタイミングで取得された他の画像データである第2画像データに対して前記第2処理および前記第3処理を行う
    ことを特徴とする請求項11に記載の放射線撮像装置。
  13. 前記第1画像データに対する前記第2処理により選択された前記基準画素の画素位置と、前記第2画像データに対する前記第2処理により選択された前記基準画素の画素位置とは、互いに対応している
    ことを特徴とする請求項12に記載の放射線撮像装置。
  14. 放射線フォトンを検出するための複数の画素が配列された画素アレイを用いたフォトンカウンティングの方法であって、
    前記複数の画素のそれぞれからの信号を量子化して画素値を取得する工程と、
    前記複数の画素のうち少なくとも1つの画素を基準画素として選択する工程と、
    前記基準画素を起点としてその周辺の各画素の画素値を順に参照して、前記画素アレイにおける放射線フォトンの検出領域を特定する工程と、
    を含む
    ことを特徴とする方法。
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