JP3884929B2

JP3884929B2 - 放射線画像取得装置及び設計方法

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Publication number: JP3884929B2
Application number: JP2001233611A
Authority: JP
Inventors: 仁司井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: JP2003038481A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体を透過した放射線の強度分布をサンプリングして画像データを取得する放射線画像取得装置、放射線画像取得方法、及び被写体を透過した放射線の強度分布をサンプリングして画像データを取得するための装置の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療用Ｘ線画像はデジタル化が進み、Ｘ線強度の空間分布をデジタル画像として取得可能になっている。たとえば、輝尽性蛍光体にＸ線エネルギーにより潜像を作り、当該輝尽性蛍光体をレーザ光等の励起光で走査することにより放出される蛍光を光電的に読み取って画像を取得する方式や、Ｘ線強度分布を光強度分布（蛍光）に変換し、当該光強度分布を直接複数の画素を持つ面センサ（固体撮像素子）で電気信号に変換した後デジタル画像に変換する方式や、Ｘ線強度分布を直接電荷の分布に変換する方式などがある。
【０００３】
Ｘ線画像をデジタル化することの利点は、
・画像データの保存、転送の効率化
・デジタル画像処理により最適な画像が簡単に作り出せる
・診断の高効率化
・診断の低コスト化
など、数々あげられる。
【０００４】
しかし、Ｘ線が被写体を通過する時に発生する散乱Ｘ線の問題はいまだに充分解決されておらず、散乱Ｘ線の影響をなくし、コントラストの高い画像を得るためには、従来銀塩フィルムを用いたＸ線撮影で行われて来たのと同様、多数の鉛箔（鉛板）を並べて構成される散乱線除去グリッドを用いるのが最良の手段となっている。図6はグリッドを使用する場合のＸ線画像取得系の断面図を模式的に示したものであり、８１がＸ線管球のＸ線が発生する点（Ｘ線焦点）であり、８２が被写体、８３が複数の鉛箔から構成されるグリッドであり、８４がＸ線強度分布を光強度分布もしくは電荷分布に変換するエネルギー変換部分を示し、８５がその分布を空間的にサンプリングするセンサ部分である。８３にはＸ線管球から直接到来するＸ線の他に被写体から発する散乱Ｘ線も到達するが、グリッド８３を構成する複数の鉛箔がＸ線焦点８１に向って収束するように配列されているため、散乱Ｘ線の大半は当該グリッドによってカット（吸収）される。
【０００５】
グリッドの欠点は、散乱Ｘ線をカットする一方、直接Ｘ線の一部も遮断することである。その遮断の形態はグリッドの鉛の配置に従っており、取得される画像に通常縞状の損傷を残すことになる。
【０００６】
Ｘ線画像の取得方式は、歴史的に順に、1) フィルム・スクリーン系を利用する方式（アナログ画像）、2) 輝尽性蛍光体による潜像をレーザスキャンで読み取りデジタル化する方式、3) Ｘ線量の２次元空間分布を、複数の画素から構成される２次元検出領域を有するセンサ（フラットパネルセンサ）で直接サンプリングする方式、と発展し、それに従って、グリッドに起因する画像上の縞模様（グリッドに起因する画像成分であって、グリッド像又はグリッド縞ともいう）に対する対策も変って来ている。
【０００７】
フィルムスクリーン系ではグリッド像を除去もしくは観察の邪魔にならないようにする方法に、
a) Ｘ線曝射中にグリッドそのものを移動させることにより、散乱線を除去しながらグリッド像を形成させないようにする。
b) グリッドの鉛箔の空間周波数（配置密度）を高めることにより、グリッド像が画像上に形成されたとしても、人眼には感知困難な状態にするか、又は画像情報の周波数成分と重ならないようにする。
というものがある。
【０００８】
Ｘ線画像取得のあらゆる方式に、上述a）のグリッドそのものを移動させる手段は有効である。しかし、この手段は、移動にかかる駆動系などによるコストの上昇若しくは装置の大型化、又はグリッド駆動タイミングとＸ線曝射タイミングとの整合若しくはグリッド駆動速度の最適化などの調整制御の手間などから、なかなか採用できない場合がある。
【０００９】
また、b）のグリッドの空間周波数を高める手段にも限界がある。その理由は、グリッド像が形成されないような高空間周波数にグリッドの空間周波数を設定すると、散乱線を遮断するための鉛箔の厚さはほぼ固定されているため、直接線の通過する領域が狭まり、Ｘ線量の利用効率が極端に低くなり、良好に撮影が行えないことにある。
【００１０】
Ｘ線画像取得方式２）の輝尽性蛍光体による潜像をレーザスキャンで読み取りデジタル化する場合、グリッド像を除去する方法として、サンプリング前にアンチエリアシングフィルタを適用する方法を取り入れるようになる。輝尽性蛍光体による潜像をレーザスキャンで読み取りデジタル化する場合は、輝尽性蛍光体をレーザ光でスキャンし、一旦ビデオ信号のようなアナログ信号を得、当該アナログ信号を時間軸上でサンプリングする。グリッドの空間周波数をある程度高くし、レーザスキャンをグリッド縞に直交する方向に行い、グリッド縞をビデオ信号上での周期信号にする。このビデオ信号に対し、アナログ信号の状態で低域通過フィルタリングを行った後、時間軸でサンプリングを行うという通常のアンチエリアシングフィルタの方法を用いることにより、グリッド縞を除去できる。
【００１１】
これに類するものとして特許第2507659号では、グリッド像の有無および空間周波数を、予備的にサンプリングした画像をフーリエ変換することでもとめ、その結果に応じた低域通過フィルタを選択することで、グリッド像を除去することが開示されている。
【００１２】
さらに、アナログによる低域通過フィルタではなく、時間軸のサンプリング間隔を所望の間隔より短くして、グリッド縞情報のエリアシングが生じないように画像情報をサンプリングした後に、デジタル的な低域通過フィルタリングを行ってグリッド縞情報を除去し、その後、デジタル的に間引いて（再サンプリングして）所望のサンプリング間隔による画像を得ることも考えられた。これに類する技術が特許第2754068号及び特開平8-088765に開示されている。
【００１３】
上述のＸ線画像取得方式3)のＸ線量の２次元空間分布を２次元領域で直接サンプリング方式を用いてデジタルＸ線画像を得る場合、グリッド縞の除去に上述のアンチエリアシングフィルタリングの方法を用いることは困難である。すなわち、フラットパネルセンサは半導体製造プロセスによる複数の画素で構成され、その２次元空間サンプリングピッチは、技術的にもコスト的にも必要以上に細かくできない。したがって、上述のアンチエリアシングフィルタリングの方法を適用できない。この２次元領域で直接サンプリングして得られたデジタルＸ線画像に、グリッド縞を生じさせないことを目的とするものに、特開平9-75332がある。当該公報にはグリッドの鉛箔の間隔とサンプリングピッチとを完全に一致させると共に、直接Ｘ線を遮断する鉛箔の領域と画素の隙間とを整合させることにより、グリッド縞を画像に生じさせないようにすることが開示されている。
【００１４】
また、特開平9-78970およびU.S.Patent 5801385においては、グリッドの鉛箔の間隔を、サンプリングピッチより小さくし、フラットパネルセンサの１画素の検出領域（例えば、受光部の開口）の幅と同じくするか近づけることにより、グリッド縞のコントラストを低減する方法が開示されている。また、 U.S.Patent 5,050,198においては、複数の撮影条件で、被写体を介さずグリッドを介して撮影して得た複数のグリッド像を記憶しておき、実際にグリッドを介して被写体を撮影して得た被写体画像を、記憶してあるグリッド像中でその撮影条件に合ったグリッド像にて除算することにより、被写体画像からグリッド像を除去する方法が開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のフラットパネルセンサにて直接２次元領域でサンプリングを行ってデジタルＸ線画像を得る方式において、特開平9-75332のようにグリッドの鉛箔の間隔とサンプリングピッチとを完全に一致させることは非常に困難である。グリッドの鉛箔の間隔とサンプリングピッチとが完全に一致しない場合、非常に低周波のモアレが生じ、画像情報に著しい悪影響を及ぼす。また、特開平9-78970およびU.S.Patent 5801385における、グリッドの鉛箔の間隔をサンプリングピッチより細かくし、１画素の検出領域（例えば、受光部の開口）の幅と同じくするか近づけるのは有効であるが、フラットパネルセンサが高精細化し、サンプリングピッチが０.１mm以下になると、グリッドの鉛箔の間隔も１mmあたり１０本以上となり、非常に密度の高いグリッドが要求されるようになる。このようなグリッドになると、散乱線を遮断するための鉛箔の厚さはほぼ固定されているため、直接線の通過する領域が狭まり、Ｘ線量の利用効率が極端に低くなるという欠点がある。
【００１６】
尚、以上の従来の技術では、Ｘ線受像部（Ｘ線画像センサ等）の解像力がさほど高くないことから、グリッド縞がほぼ単一の正弦波になることを前提に考えている。以下、このことについて説明する。
【００１７】
近年、Ｘ線画像センサの技術革新は進み、Ｘ線強度分布を蛍光分布に変換してから光電変換する間接的な変換方式から、Ｘ線により発生する自由電子を強電界により収集するなどの方法で、Ｘ線強度分布を電荷分布に直接的に変換する方式が検討され、実用化しつつある。
【００１８】
直接変換方式の場合、解像力を決める要因が主としてＸ線を電荷（電子）として取得するためのアパーチャのみとなり、よって高解像力のＸ線画像センサを得ることができる。直接変換方式のものに限らず、このような高解像力のＸ線画像センサを用いた場合、本来のグリッド縞形状をより細かく解像する（高調波も解像する）ため、取得された画像中のグリッド縞が単一の正弦波にならない場合が想定される。
【００１９】
このことを、図5を用いて説明する。図5は1次元の空間周波数軸でのグラフであり、横軸は空間周波数を表し、中央のナイキスト周波数Fnは、センサの画素を空間サンプリングと考えた場合のナイキスト周波数すなわち、サンプリング周波数（サンプリングピッチの逆数）Fsの1/2の周波数である。
【００２０】
同図の201で示すピークはグリッドの鉛箔の空間周波数であり、ここでは便宜上Fg＝１.25Fnに設定してある。サンプリング定理により、この周波数はナイキスト周波数以下の周波数で表現されることになり、その周波数Fm1は以下で計算できる。
【００２１】
Fm1=２・Fn − Fg = ０．７５Fn ・・・（式１）
【００２２】
このピークを図の202として示す。用いているセンサの解像力が高ければ、グリッド周波数Fgの2倍高調波２Fgも同時にサンプリングされることになり、その周波数Fm2は以下で計算され、図上に203として示される。
【００２３】
Fm2＝２・Fg−２・Fn ＝０．５Fn ・・・（式2）
【００２４】
3倍高調波Fm3は図上204で示され、
Fm3＝４・Fn−３・Fg ＝０．２５Fn・・・・（式３）
となる。
【００２５】
一般的にk次高調波に対しての画像上での周波数Fkは、
Fk＝｜２・ｊ・Fn−ｋ・Fg｜
（0≦Fk≦Fnとなるように0を含む正の整数ｊを選択する）・・（式４）
と表される。
【００２６】
このように、解像力の高いセンサではこれら高調波による線スペクトルも縞情報として画像上に現れることになる。このような複数の空間周波数の縞情報を画像から除去する場合、従来の技術では、それぞれの周波数に対応したフィルタリングをかける必要があり、画像情報に与える悪影響が避けられない。
【００２７】
本発明は、以上の問題点を考慮してなされたものであって、取得された画像中のグリッドに起因する成分の除去若しくは低減を行い易くした、又は当該成分が存在しても観察しやすい画像を取得することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することを一つの目的とする。
【００２８】
または、本発明は、取得された画像中のグリッドに起因する高調波成分の除去若しくは低減を行い易くした、又は当該成分が存在しても観察しやすい画像を取得することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することを一つの目的とする。
【００２９】
または、本発明は、取得された画像中のグリッドに起因する基本周波数成分と２倍高調波周波数成分とを実質的に単一のスペクトルに集約することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することを一つの目的とする。
【００３０】
または、本発明は、取得された画像中のグリッドに起因する成分を実質的に単一のスペクトルに集約することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することを一つの目的とする。
本発明の他の目的は、以下の明細書の記述から明らかになる。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線画像取得装置は、被写体の放射線透過分布を空間的なサンプリング間隔で空間的にサンプリングして当該被写体の画像を取得するセンサと、当該被写体からの散乱放射線を低減するためのグリッドとを有する放射線画像取得装置であって、前記センサは、前記空間的なサンプリング間隔を、３の倍数を除く自然数の倍率で大きくする画素加算機能を有しており、前記空間的なサンプリング間隔の逆数としての前記センサのサンプリング空間周波数Ｆｓ、及び前記センサの受像面における前記グリッドの要素の陰影の間隔の逆数としての前記グリッドの空間周波数Ｆｇが、等式Ｆｇ＝ｊ・Ｆｓ／３（但しｊは３の倍数を除く正の整数）を実質的に満たすことを特徴とする。
【００３３】
本発明の設計方法は、被写体の放射線透過分布を空間的なサンプリング間隔で空間的にサンプリングして当該被写体の画像を取得するセンサと、当該被写体からの散乱放射線を低減するためのグリッドとを有する放射線画像取得装置における設計方法であって、前記センサは、前記空間的なサンプリング間隔を、３の倍数を除く自然数の倍率で大きくする画素加算機能を有しており、前記グリッド及び前記センサの少なくとも一方を、前記空間的なサンプリング間隔の逆数としての前記センサのサンプリング空間周波数をＦｓとし、前記センサの受像面における前記グリッドの要素の陰影の間隔の逆数としての前記グリッドの空間周波数をＦｇとしたとき、等式Ｆｇ＝ｊ・Ｆｓ／３（但しｊは３の倍数を除く正の整数）を実質的に満たすように設計することを特徴とする。
【００３４】
本発明によれば、取得（可視化）される画像中のグリッドに起因する画像成分が実質的に単一のスペクトルに集約される（収束する）。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１では、少なくとも2倍高調波までのグリッド縞スペクトルを、空間サンプリングにより、実質的に一つの空間周波数スペクトルに収束させる構成が示される。これにより、グリッド縞（グリッドに起因する画像成分）が概略正弦波形状となると共に、不要な低周波成分の発生が防止される。また、必要に応じ、後段のフィルタリングなどによるグリッド縞除去処理により、容易又は適切なグリッド縞除去が可能となる。
【００３６】
（式４）を参照し、サンプリング後の画像において、グリッド縞の基本周波数（ｋ＝１）の成分及び２倍高調波（ｋ＝２）の成分の周波数が一致する条件を計算する。絶対値演算であるので、下の2条件を考慮する。
【００３７】
【数２】

【００３８】
ここでj₁、j₂は０を含む正の整数（自然数）である。
【００３９】
（式5−１）をFgについて解くと、
Fg＝２Fn(ｊ₂−ｊ₁) ・・・（式６）
を得る。
【００４０】
これは、特開平9-75332の条件と一致する。グリッドの製造誤差等により、Fgがこの条件からわずかに外れると、非常に低周波の縞が発生し、画像情報が著しい損傷を受けるだけでなく、フィルタリング等によるグリッド縞の除去も困難となる。
【００４１】
（式５−２）をFgについて解くと、
【００４２】
【数３】

【００４３】
を得る。ここでFs＝２・Fn（サンプリング周波数）である。
【００４４】
この場合(j₁+j₂)は、正の整数（自然数）であり、（2/3）Fn、(4/3)Fn、(6/3)Fn・・・という数値を取りうる。
【００４５】
但し、(j₁+j₂)が３の倍数である場合は（式６）と同条件になり、上述のようにこの条件は不適切であるため、この場合を除く。(j₁+j₂)を、３の倍数を除く自然数とした場合の（式７）を満たすように、グリッド周波数Fgを設定すれば、多少の製造誤差があっても、上述のような低周波縞を発生するおそれはない。
【００４６】
しかも、グリッド周波数をこの条件に合わせると、グリッド縞の基本周波数と2倍高調波の周波数とが画像中ではほぼ同一の周波数となり（実質的に単一のスペクトルとなり）、画像中には実質的に1つの正弦波の縞しか発生しないという利点がある。取得された画像中でグリッド縞の2倍高調波の成分が無視できない場合、（式７）を満たすようにグリッド周波数を設定することが非常に有効であることを本発明者は見出した。
【００４７】
一般的な医療画像の場合、サンプリングピッチは100μm〜200μｍ程度であり、よってナイキスト周波数Fnは2.5cyc／mm〜5cyc／mm程度の範囲になる。散乱Ｘ線の除去を目的とするグリッドとして物理的に適当であるのは、その周波数Fgが3cyc／mm〜10cyc／mm程度の範囲のものであるため、（式７）の条件に合うのは(j₁+j₂)＝2の場合が有力である。(j₁+j₂)＝3になると（式6）の条件と一致するため、不適当である。
【００４８】
すなわち、
【００４９】
【数４】

【００５０】
となる。
【００５１】
本実施の形態では、グリッドの周波数を（式７）の条件を満たす周波数にほぼ一致させることにより、サンプリングされた画像中の本来不要なグリッド縞のスペクトルを Fs/3（=2Fn/3）近辺に集約することができる。このようにすれば、フィルタリングなどで画像からグリッド縞を除去することも容易となる。
【００５２】
尚、本出願人は特願2000-028161号で、取得された画像データにおけるグリッドに起因する画像成分の周波数が、ナイキスト周波数Fnの２／３から８０％の範囲から選択された周波数となるように、グリッド周波数Fgを設定することを出願した。この条件は、グリッドを固定して撮影した場合でも、グリッドに起因するモアレ縞（ビート状の変動成分）を目立たなくする条件であり、本発明の条件Fg=(2/3)jFn（jは３の倍数を除く自然数）を包含している。
【００５３】
しかしながら、（式７）に示される本実施の形態の解（条件）は、グリッド縞の高調波成分（２倍高調波成分）までを考慮した特異な解であり、しかも本願の発明者が初めて見出した新規な技術的課題に対してなされた解であって、上述のような特異的な効果を有するものである。よって、本実施の形態の発明は有効な選択発明又は数値限定発明を構成する。
【００５４】
図１は本発明の実施の形態１のＸ線画像取得装置をブロック図として模式的に示したものである。尚、ここではＸ線を用いて被写体を撮影するＸ線画像取得装置に本発明を適用した例を説明するが、Ｘ線以外の放射線を用いる画像取得装置に本発明を適用することもできる。同図において記号１はＸ線発生部を表し、Ｘ線管球、高電圧発生装置及び制御装置を有し、矢印で示す方向にＸ線を放射する。２は人体で代表される被写体であり、３は寝台等の支持台を示し、横たわっている人体等の被写体を支持する。４は鉛箔の間隔が最適に設定された散乱線除去グリッドであり、この設定は後述される。
【００５５】
５は被写体を透過したＸ線の強度分布（Ｘ線画像）を電気信号に変換するＸ線画像センサであり、平面状にマトリックス状に並べられた複数の画素から構成される検出領域（受像領域）を有する大判の固体撮像素子を用いて構成され、当該検出領域によりＸ線画像を空間的にサンプリングする。
【００５６】
本実施の形態では、Ｘ線画像センサとして、エネルギー変換過程における解像力低下の少ないもの（例えば直接変換方式のもの）を用いている。また、このＸ線画像センサのサンプリングピッチ（画素ピッチ）は0.16mmに設定されている。以下、このＸ線画像センサをフラットパネルセンサ又は単にセンサと呼称する。フラットパネルセンサは、不図示のコントローラによって制御され、画素ごとに存在するＸ線量に比例した電荷を順次走査して所定の電気量（電圧又は電流等）に変換することにより、Ｘ線画像情報を電気量として出力する。
【００５７】
６はフラットパネルセンサ５から出力されるアナログの電気量をデジタル値に変換するA/D変換器である。７はA/D変換器からのデジタル値を画像情報として一旦記憶するメモリ（記憶部）を表す。８は、メモリ７に記憶された情報を読み出すと共に、当該情報の送出先を切換える切換器を表す。９はメモリ（記憶部）であって、Ｘ線を曝射せずにフラットパネルセンサ５から出力される画像信号をオフセット固定パタン画像として記憶するメモリであり、１０は実際にＸ線を曝射して得られた被写体の画像を記憶するメモリ（記憶部）である。
【００５８】
具体的な撮影方法としては、被写体を透過したＸ線量をモニタするフォトタイマと呼ばれるＸ線量測定装置（不図示）を、Ｘ線発生部のＸ線曝射を制御するために用い、被写体を透過したＸ線量の積算値が所定値になった瞬間にＸ線発生部のＸ線曝射を停止させるようにする。本Ｘ線画像取得装置のコントローラは、Ｘ線曝射が停止すると同時にフラットパネルセンサの走査を開始させ、被写体２の画像情報を一旦メモリ７に取り込んだ後、切換器８をＡ側に設定し、当該画像情報をメモリ１０に記憶させる。その直後、該コントローラは、Ｘ線曝射を行わずにフラットパネルセンサに、前述のフォトタイマで決定されたＸ線曝射時間と同じ時間だけ電荷を蓄積させた後、フラットパネルセンサを走査させ、得られた画像情報をオフセット固定パタン画像としてメモリ７に一旦記憶させる。その後、該コントローラは、切換器８をB側に設定し、メモリ７からのオフセット固定パタン画像をメモリ９に記憶させる。１１は減算器であり、実質的にメモリ１０の被写体画像データの値から、対応する位置のメモリ９のオフセット固定パタン画像データの値を順次減算する。１２は減算器１１の減算結果（オフセット固定パタン補正後の画像データ）を記憶するメモリ（記憶部）である。
【００５９】
１３は、画像データをその対数値に変換する参照テーブル（Look Up Table, LUT）である。１４はLUT１３からのデータの送出先を切換えるための切換器である。１５は出力先をC側とした切換器１４からのデータを記憶するメモリ（記憶部）である。通常被写体を介して得られたメモリ１２の画像データはLUT１３で対数変換された後、C側に設定された切換器14を介してメモリ15 に格納される。
【００６０】
16は本Ｘ線画像取得装置でキャリブレーション撮影と呼称される操作を行ったときに画像データを記憶するメモリ（記憶部）である。このキャリブレーション撮影では、上述と同様の動作で撮影が行われ、切換器１４がD側に設定され、画像データがメモリ１６に格納されるが、被写体２を介さずにＸ線を曝射して撮影が行われる点が前述の被写体撮影とは異なる。この操作によって、フラットパネルセンサを構成する複数の画素のゲインばらつき（感度ばらつきともいう）及びＸ線発生部の放出するＸ線の強度分布（シェーディング）が重畳された画像データ（単に、ゲインばらつき又はゲインばらつきデータ等という）が取得され、メモリ１６に記憶される。通常このキャリブレーション撮影は一日一回程度、始業時等に行われるものである。
【００６１】
１７はゲイン補正器（減算器）であり、メモリ１５に記憶される画像データからメモリ１６に記憶されるゲインばらつきデータを、対応する画素毎に減算（各データは対数変換後のデータであるため、実質的には除算に相当）することで、ゲインばらつきに基づき画像データを補正する機能を有する。18はゲイン補正器によりゲインばらつきに基づく補正の行われた後の被写体画像データが記憶されるメモリ（記憶部）である。
【００６２】
ここで、グリッド周波数（鉛箔のピッチ）の選択について説明する。図2は本実施の形態のフラットパネルセンサ５を模式的に示したものであり、四角で示される各部分３００が、変換された後のＸ線エネルギー（電荷）を受け止める部分すなわち画素を示す。このセンサの画素ピッチは前述のように0.16mmに設定されているが、画素の大きさすなわちアパーチャは、製造技術上の理由から、その一辺のサイズを画素ピッチと同じ大きさにはしにくく、0.14mm□に設定されている。フラットパネルセンサ５は前述のようにエネルギー変換過程における解像力低下の少ないタイプのＸ線画像センサとされているため、このセンサのMTF（Modulation Transfer Function）はほとんどこのアパーチャの形状によって決定される。
【００６３】
図3の301は当該フラットパネルセンサ５のMTFを示すもので、MTFを縦軸に、空間周波数を横軸にとってグラフ化したものである。当該MTFは0.14mmのアパーチャをフーリエ変換したものに相当する。305はフラットパネルセンサ５のサンプリング周波数を示し、その周波数は１/0.16＝6.25cyc／mmである。306はナイキスト周波数を示し、その周波数は6.25／2＝3.125cyc／mmである。ここで、フラットパネルセンサ上のグリッドの鉛箔の陰影のピッチを0.24mmになるように設定する。よって、グリッド縞の基本空間周波数は1／0.24＝4.17cyc／mmとなる。この周波数を303として図示する。グリッド縞の形状は鉛箔の陰影であるため、その陰影は厳密には正弦波ではありえず、複数の逓倍波を有し、その周波数スペクトルは複数の線スペクトルの集まりとなる。304はグリッド縞の2倍高調波を示し、その周波数は(1/0.24)*2＝8.33cyc／mmである。
【００６４】
さて、（式8）でも説明したように、グリッド縞がサンプリングによりナイキスト周波数以下に可視化される場合、グリッド縞303及び304の両者は、302で示される周波数2.08cyc／mmの単一のスペクトル（線スペクトル）に集約される。また、この場合及び通常の場合、3逓倍以上の高調波は、アパーチャのみによって規定されるこのMTFでもほとんど解像されないため、画像中に現れるグリッド縞のスペクトル（線スペクトル）は実質的にこの1本のみになる。
【００６５】
図1に戻って、19はグリッド縞に直交する方向の1次元の空間フィルタリングを行う画像処理部であり、メモリ１８に記憶される画像情報から、図3に302として示したグリッド縞を選択的に除去する。この除去は具体的には、例えば、画像データからフィルタリングにより抽出されたグリッド縞を含む画像成分を、グリッド本来の、安定した周期性を有するとの特性に基づいて加工することにより、グリッド縞を推定して作成し、作成されたグリッド縞を元の画像データから減算（対数変換を経ているため実質的には除算）することで実現することができる（この方法は本出願人が特願2001-134208号にて出願した方法である）。尚、グリッド縞の除去方法に拘らず、本実施の形態のようにグリッド縞の基本波及び2倍高調波が実質的に1つの空間周波数に集約されていることがグリッド縞を容易又は適切に除去するためには好適である。
【００６６】
図4は、Ｘ線源（Ｘ線焦点）、グリッド及びフラットパネルセンサの位置関係を表現したものであり、401がＸ線源、402がグリッド、403がフラットパネルセンサである。被写体の撮影対象部位によっては、散乱Ｘ線が少なく、グリッドを使用しない撮影が行われるため、通常、Ｘ線画像取得装置はグリッドを選択的に使用可能に構成され、例えば、グリッドはセンサの前に取り外し可能に機械的に配置される。従って、グリッドとフラットパネルセンサとの間には、同図にDで示される微小距離の間隔があいてしまう。Ｘ線源は通常、略点線源であり、距離Lだけグリッドから離れて配置される。グリッドの複数の鉛箔は、単純に平行ではなく、この距離をもってＸ線源に収束するような角度に配置されている。ここで、例えば、Lは180cm、Dは10mm程度であるため、実際のグリッドの鉛箔のピッチとフラットパネルセンサ上の当該鉛箔の陰影のピッチとの間には拡大効果による差異が見られる。実際のグリッドピッチをg1、センサ上の陰影のグリッドピッチをg2とすると、g2は下式で計算できる。
【００６７】
g2＝g1・（１＋D/L）・・・・・（式９）
【００６８】
前述のようにセンサ上のグリッド周波数（1／g2）を4.17cyc/mmとするような場合、実際のグリッド周波数（1／g1）を4.17・（１＋D/L）≒4.2cyc／mmに設定することが望ましい。
【００６９】
フラットパネルセンサによりサンプリングされた後の画像データにおいて、グリッド縞の基本波及び2倍高調波の各空間周波数は、完全に一致しなくても、数％の誤差範囲に収まっていれば一回のフィルタリング操作でグリッド縞の除去が可能であるため、それらの間の少々の誤差は許される。この誤差率ｒは、目標とする空間周波数Fs/3を基準として、下式で求まる。
【００７０】
【数５】

【００７１】
通常この誤差率を5％以内に収めることが望ましい。
【００７２】
式10は一般的に表すと下式になる。
【００７３】
【数６】

【００７４】
尚、画像処理部１９でのフィルタリング等によるグリッド縞の除去は、画像を観察する者が必要としなければ、必須ではない。当該フィルタリング等によるグリッド縞の除去を行わない場合でも、本実施の形態によれば、画像中のグリッド縞は実質的に一つの正弦波になるため、観察の邪魔になりにくい。
【００７５】
また、本実施の形態では、エネルギー変換時の解像力低下の無い理想的なフラットパネルセンサを用いた場合を説明したが、実質的にエネルギー変換時の解像力低下のあるフラットパネルセンサを用いた場合でも、本実施の形態の他の構成は有効である。
【００７６】
また、（式7）でj=(j₁+j₂)を3の倍数以外の自然数としたグリッド周波数Fgはすべて適用可能である。
【００７７】
（実施の形態２）
フラットパネルセンサの特徴の１つは、センサ上で隣接する複数の画素の情報を、センサ上で当該複数画素の電荷を集積することにより、アナログ的に加算できることにあり、更に、センサの駆動モードを切り替え可能とし、そのようなアナログ加算を行う加算モードと通常モードとを切り替え可能に構成できることにある。
【００７８】
たとえば、心臓の動的機能（動き）を観察する等の場合、フラットパネルセンサを高いフレームレートで駆動し、いわゆる動画像データを取得するが、この場合、例えば、隣接する２×２画素をまとめて１画素として取り扱って、フラットパネルセンサから画像情報を出力させる。静止画としてより高精細な画像データが必要な場合には、通常モードに切り替えて解像度を向上させる。
【００７９】
２×２画素の加算にすると、実質的なサンプリングピッチは２倍になり、よってナイキスト周波数Fn'は(１/２)Fnになる。（式７）にFn=2Fn'を代入すれば、加算モードにおいても、グリッド周波数Fgが通常モードの場合と同条件を満たすことがわかる。
【００８０】
したがって、本実施の形態のＸ線画像取得装置によっても、通常モードにおいて（式７）を満たすようにグリッド周波数Fgを設定する（但し、j=(j₁+j₂)は3の倍数以外の自然数とする）と共に、加算モードにおいて画素加算によるサンプリング周波数の低下率（グリッド箔に直交する方向において加算される画素の数を意味し、例えば、上述の２×２画素の加算の場合、２）を3の倍数以外の自然数に設定すれば、通常モード・加算モードに拘らず、フラットパネルセンサでサンプリングされた画像データにおいて、グリッド縞の基本波及び2倍高調波の各空間周波数が実質的に重なるため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００８１】
以上説明したように、グリッド周波数Fgを（式７）を満たすように設定する（但し、j=(j₁+j₂)は3の倍数以外の自然数とする）ことにより、可視化される画像中のグリッド縞の周波数を実質的に単一のスペクトルに収束（集約）させることができ、又はフィルタリングなどにより、可視化される画像からグリッド縞を容易に除去することができる。
【００８２】
なお、以上の実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、取得された画像中のグリッドに起因する成分の除去若しくは低減を行い易くした、又は当該成分が存在しても観察しやすい画像を取得することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することができる。
または、本発明によれば、取得された画像中のグリッドに起因する高調波成分の除去若しくは低減を行い易くした、又は当該成分が存在しても観察しやすい画像を取得することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することができる。
または、本発明によれば、取得された画像中のグリッドに起因する基本周波数成分と２倍高調波周波数成分とを実質的に単一のスペクトルに集約することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することができる。
または、本発明によれば、取得された画像中のグリッドに起因する成分を実質的に単一のスペクトルに集約することのできる放射線画像取得装置、放射線画像取得方法及び設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のＸ線画像取得装置のブロック図である。
【図２】フラットパネルセンサの例を示す図である。
【図３】フラットパネルセンサのMTF及びグリッド縞のスペクトル等を示す図である。
【図４】Ｘ線源、グリッド及びフラットパネルセンサの位置的関係を示す図である。
【図５】グリッド縞の逓倍スペクトルのサンプリングを説明するための図である。
【図６】グリッドを使用するＸ線画像取得系の断面図である。
【符号の説明】
４散乱線除去グリッド
５フラットパネルセンサ
３０２サンプリング後のグリッド縞の周波数
３０３サンプリング前のグリッド縞の基本空間周波数
３０４サンプリング前のグリッド縞の２倍高調波空間周波数
３０５サンプリング周波数
３０６ナイキスト周波数

Claims

被写体の放射線透過分布を空間的なサンプリング間隔で空間的にサンプリングして当該被写体の画像を取得するセンサと、当該被写体からの散乱放射線を低減するためのグリッドとを有する放射線画像取得装置であって、
前記センサは、前記空間的なサンプリング間隔を、３の倍数を除く自然数の倍率で大きくする画素加算機能を有しており、
前記空間的なサンプリング間隔の逆数としての前記センサのサンプリング空間周波数Ｆｓ、及び前記センサの受像面における前記グリッドの要素の陰影の間隔の逆数としての前記グリッドの空間周波数Ｆｇが、等式Ｆｇ＝ｊ・Ｆｓ／３（但しｊは３の倍数を除く正の整数）を実質的に満たすことを特徴とする放射線画像取得装置。
Ｆｓが５〜１０ｃｙｃ／ｍｍの範囲に存在し、かつｊ＝２であることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像取得装置。
前記センサで取得された画像から前記グリッドの画像成分を除去する画像処理部を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線画像取得装置。
前記センサは、前記放射線強度分布を直接電荷分布に変換する直接型センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線画像取得装置。
前記センサは、前記放射線強度分布を一旦蛍光体を用いて光強度分布に変換し、当該光強度分布を電荷分布に変換する間接型センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線画像取得装置。
前記放射線はＸ線であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線画像取得装置。
の条件を満たすようにＦｇを選択することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線画像取得装置。
被写体の放射線透過分布を空間的なサンプリング間隔で空間的にサンプリングして当該被写体の画像を取得するセンサと、当該被写体からの散乱放射線を低減するためのグリッドとを有する放射線画像取得装置における設計方法であって、
前記センサは、前記空間的なサンプリング間隔を、３の倍数を除く自然数の倍率で大きくする画素加算機能を有しており、
前記グリッド及び前記センサの少なくとも一方を、前記空間的なサンプリング間隔の逆数としての前記センサのサンプリング空間周波数をＦｓとし、前記センサの受像面における前記グリッドの要素の陰影の間隔の逆数としての前記グリッドの空間周波数をＦｇとしたとき、等式Ｆｇ＝ｊ・Ｆｓ／３（但しｊは３の倍数を除く正の整数）を実質的に満たすように設計することを特徴とする設計方法。