JP4415635B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、放射線照射手段による放射線の照射に伴って放射線検出手段から放射線検出信号が所定のサンプリング時間間隔で信号サンプリング手段によって取り出されるとともに、取り出された放射線検出信号に基づいて放射線画像が得られるように構成されている医用もしくは工業用などの放射線撮像装置に係り、特に、放射線検出手段から取り出された放射線検出信号から放射線検出手段に起因する放射線検出信号の時間遅れを除去するための技術に関する。

放射線撮像装置の代表的な装置のひとつであるで医用Ｘ線診断装置において、最近、Ｘ線管によるＸ線照射に伴って生じる被検体のＸ線透過像を検出するＸ線検出器として、半導体等を利用した極めて多数個のＸ線検出素子をＸ線検出面に縦横に配列したフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」という）が用いられている。

すなわち、Ｘ線診断装置では、Ｘ線管による被検体への放射線照射に伴ってＦＰＤからサンプリング時間間隔で取り出されるＸ線画像１枚分のＸ線検出信号に基づいて、サンプリング時間間隔毎の被検体のＸ線透過像に対応するＸ線画像が得られる構成がとられている。ＦＰＤを用いた場合、従来から用いられているイメージインテンシファイアなどに比べて、軽量で、かつ、複雑な検出歪みが発生しないので、装置構造面や画像処理面で有利となる。

しかしながら、ＦＰＤを用いた場合、ＦＰＤに起因する時間遅れによる悪影響がＸ線画像に現れるという問題がある。具体的には、ＦＰＤからＸ線検出信号を取り出すサンプリング時間間隔が短い場合、取り出し切れない信号の残りが時間遅れ分として次のＸ線検出信号に加わる。そのため、ＦＰＤから１秒間に３０回のサンプリング時間間隔で画像１枚分のＸ線検出信号を取り出してＸ線画像を作成して動画表示する場合、時間遅れ分が前の画面に残像として現れ、画像のダブリを生じる結果、動画像がボヤける等の不都合が生じる。

このＦＰＤの時間遅れ問題に対し、米国特許明細書第５２４９１２３号では、コンピュータ断層画像（ＣＴ画像）の取得の場合において、ＦＰＤからサンプリング時間間隔Δｔで取り出される放射線検出信号から時間遅れ分を演算処理で除去する技術が提案されている。

すなわち、前記米国特許明細書では、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を時間遅れ分が幾つかの指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして、放射線検出信号ｙ_k から時間遅れ分を除去した遅れ除去放射線検出信号ｘ_k とする演算処理を次式によって行っている。

ｘ_k =[ｙ_k-Σ_n=1 ^N[α_n ・[1-exp(Ｔ_n )]・exp(Ｔ_n )・Ｓ_nk ]]／Σ_n=1 ^Nβ_n
ここで、Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n ，Ｓ_nk＝ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)，
β_n ＝α_n ・[1−exp(Ｔ_n )]
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数

しかしながら、発明者らが上記米国特許明細書が提案する演算処理技術を適用実施してみたところでは、時間遅れに起因するアーティファクトが回避されず、かつ、まともなＸ線画像も得られないという結果しか得られず、ＦＰＤの時間遅れは解消されないことが確認された（特許文献１）。

また、ＦＰＤの時間遅れ問題に対し、米国特許明細書第５５１７５４４号では、ＣＴ画像の取得の場合において、ＦＰＤの時間遅れ分を１個の指数関数で近似するものとしてＸ線検出信号から時間遅れ分を演算処理で除去する技術が提案されている。しかし、発明者らが上記米国特許明細書が提案する演算処理技術を鋭意検討した結果、ＦＰＤの時間遅れ分を１個の指数関数で近似することは無理があり、やはりＦＰＤの時間遅れは解消されないことが確認された（特許文献２）。
米国特許第５２４９１２３号（明細書中の数式および図面） 米国特許第５５１７５４４号（明細書中のクレームおよび図面）

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、放射線検出手段から取り出された放射線検出信号から放射線検出手段に起因する放射線検出信号の時間遅れを的確に除去することができる放射線撮像装置を提供することを目的とする。

ＦＰＤの時間遅れを十分に解消するために、発明者らは特願２００３−０３３３８９号を先に出願している。この出願によれば、ＦＰＤの時間遅れに対して、具体的には次の再帰式Ａ〜Ｃにより、ＦＰＤのインパルス応答に起因する時間遅れを除去している。
Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n ) ・Ｓ_nk］…Ａ
Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …Ｂ
Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)…Ｃ
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｙ_k ：ｋ番目のサンプリング時点で取り出された放射線検出信号
Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_n
exp ：指数関数
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
ｋ＝０のときＸ₀ ＝０，Ｓ_n0＝０

ただ、先の出願で提案しているＦＰＤの時間遅れ解消案では、ＦＰＤの時間遅れをかなりの程度まで解消できるのであるが、ＦＰＤの時間遅れを的確に解消するには至らない。そこで、さらに改善すべく発明者らは再び検討を続けた。

そして、先の出願で提案している再帰式的演算では、インパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数であるＮ，α_n ，τ_n を事前に求めておき、それを固定した状態で放射線検出信号Ｙ_k を式Ａ〜Ｃに適用し、時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号Ｘ_k を算出している点に着目した。この場合、放射線検出信号Ｙ_k が同一であれば、放射線検出信号に含まれる時間遅れ分のインパルス応答も一定になる。

しかしながら、実際のＦＰＤでは時間遅れ分のインパルス応答は一定でない。発明者らは、この一定でない原因について、様々な条件の下で実験を行った結果、下記のような知見を得た。すなわち、放射線（例えばＸ線）の照射線量が違うとインパルス応答が変化するという知見を得た。図６は、その知見を模式的に表した図であって、横軸が放射線の照射線量Ｗ、縦軸が指数関数ｎの強度α_n であって、他のインパルス応答係数Ｎ，τ_n を一定にしたときのものである。図６に示すように、放射線の照射線量が変化すると、指数関数の強度α_n も相応に変化するのがわかる。

なお、α_n ，Ｎを一定にして、放射線の照射線量が変化する場合、τ_n も変化し、α_n ，τ_n を一定にして、放射線の照射線量が変化する場合、Ｎも変化する。撮影条件に応じて放射線照射線量は度々変化するので、同じＦＰＤであっても、インパルス応答係数であるＮ，α_n ，τ_n の適当な値も度々変動することになる。つまり、インパルス応答係数の適当な値は放射線の照射線量が変わるのに伴って変化するという知見を得ることができたのである。

そして、さらに上記の知見について検討を続け、時間遅れ除去用の再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係を予め求めて記憶しておき、このインパルス応答係数と放射線の照射線量との対応関係にしたがって被検体への放射線照射量に見合ったインパルス応答係数を設定するとともに、設定したインパルス応答係数にしたがって再帰的演算処理を行って各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を除去すれば、的確に時間遅れ分が除去できるという結論的な知見を得るに至った。

したがって、上記知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。

すなわち、請求項１に記載の発明に係る放射線撮像装置は、被検体に向けて放射線を照射する放射線照射手段と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段から放射線検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出す信号サンプリング手段とを備え、被検体への放射線照射に伴って放射線検出手段からサンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に基づいて放射線画像が得られるように構成された放射線撮像装置であって、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を単数または減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各放射線検出信号から除去する時間遅れ除去手段と、時間遅れ除去手段での再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係を予め記憶する応答係数・線量対応関係記憶手段と、応答係数・線量対応関係記憶手段に記憶されているインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係にしたがって被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数を設定するインパルス応答係数設定手段とを備え、前記時間遅れ除去手段が、インパルス応答係数設定手段により設定されたインパルス応答係数にしたがって再帰的演算処理を行って各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明の装置によれば、放射線照射手段による被検体への照射線に伴って放射線検出手段から所定のサンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を、単数または減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして、時間遅れ除去手段が再帰的演算処理で除去する際、応答係数・線量対応関係記憶手段に予め記憶されている時間遅れ除去手段での再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係にしたがって、インパルス応答係数設定手段が被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数を設定するとともに、設定されたインパルス応答係数にしたがって再帰的演算処理が行われて各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分が除去され、得られた補正後放射線検出信号から放射線画像が取得される。

このように、請求項１に記載の発明の場合、時間遅れ除去手段による再帰的演算処理により放射線検出信号から時間遅れ分を除去して補正後放射線検出信号を算出する際、時間遅れ除去用の再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係を応答係数・線量対応関係記憶手段が予め記憶していて、このインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係にしたがって被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数をインパルス応答係数設定手段が設定し、被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数が設定された状態で時間遅れ除去用の再帰的演算処理が行われるので、各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分が正確に取り除かれる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放射線撮像装置において、応答係数・線量対応関係記憶手段は、インパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係として、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係、インパルス応答係数としての指数関数の減衰時定数と放射線照射線量との対応関係、インパルス応答係数としての指数関数の数と放射線照射線量との対応関係のうちの少なくともひとつを予め記憶することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２の発明の場合、応答係数・線量対応関係記憶手段が、予め記憶するインパルス応答としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係、インパルス応答としての指数関数の減衰時定数（以下、適宜「時定数」と略記）と放射線照射線量との対応関係、インパルス応答としての指数関数の個数と放射線照射線量との対応関係のうちの少なくともひとつに従って、指数関数の強度、指数関数の時定数、指数関数の個数のうちの少なくともひとつが、放射線照射線量に見合った値に設定される。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線撮像装置において、時間遅れ除去手段は放射線検出信号から時間遅れ分を除去する再帰的演算処理を、次の式Ａ〜Ｃ、
Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n ) ・Ｓ_nk］…Ａ
Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …Ｂ
Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)…Ｃ
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｙ_k ：ｋ番目のサンプリング時点で取り出された放射線検出信号
Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_n
exp ：指数関数
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
ｋ＝０のときＸ₀ ＝０，Ｓ_n0＝０
により行うことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３の発明の場合、式Ａ〜Ｃという簡潔な漸化式によって時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号が速やかに求められる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の放射線撮像装置において、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が、同じ照射時間であって放射線照射線量が段階的に異なる条件で実際に撮影された複数の放射線データに基づいて導出されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項４の発明の場合、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が、同じ照射時間であって放射線照射線量が段階的に異なる条件で実際に撮影された複数の放射線データに基づいて導出されているので、指数関数の強度と放射線照射線量とが正確に対応している。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の放射線撮像装置において、インパルス応答を構成する指数関数が複数個あって、各指数関数ごとにインパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が記憶されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項５の発明の場合、インパルス応答が複数個の指数関数で構成されるので、インパルス応答がより正確なものとなるのに加え、各指数関数ごとにインパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係が記憶されているので、各指数関数の強度をより正確に設定することができる結果、各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分がより的確に除去される。

また、請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項５のいずれかに記載の放射線撮像装置において、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が、
α_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑ
但し， α_n ：指数関数の強度
Ｗ ：放射線照射線量
Ｑ：指数関数の強度と放射線照射線量の関係を示す近似直線の傾き
ｑ：指数関数の強度と放射線照射線量の関係を示す近似直線の切片
なる関数式であらわされることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項６の発明の場合、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が「α_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑ」という簡潔な関数式で示されるので、指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係を容易に記憶することができる。

なお、近似直線の傾きＱおよび近似直線の切片ｑは次のようにして求めることができる。すなわち、横軸をｌｏｇＷで目盛り、縦軸をα_n で目盛ってα_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑのグラフを直線で描いた時の直線の傾きが近似直線の傾きＱであり、直線が縦軸と交わる点の縦軸上の座標が近似直線の切片ｑである。

この発明の放射線撮像装置の場合、時間遅れ除去手段による再帰的演算処理により放射線検出信号から時間遅れ分を除去して補正後放射線検出信号を算出する際、時間遅れ除去用の再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係を応答係数・線量対応関係記憶手段が予め記憶していて、このインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係にしたがって被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数をインパルス応答係数設定手段が設定し、被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数が設定された状態で時間遅れ除去用の再帰的演算処理が行われるので、各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分が正確に取り除ける。

よって、この発明の放射線撮像装置によれば、例えばＦＰＤ等に代表される放射線検出手段から取り出された放射線検出信号から放射線検出手段に起因する放射線検出信号の時間遅れを的確に除去することができる。

この放射線撮像装置の実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。図１は実施例１に係るＸ線透視撮影装置の全体構成を示すブロック図である。

Ｘ線透視撮影装置は、図１に示すように、被検体Ｍに向けてＸ線を照射するＸ線管（放射線照射手段）１と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するＦＰＤ２（放射線検出手段）と、ＦＰＤ（フラットパネル型Ｘ線検出器）２からＸ線検出信号（放射線検出信号）を所定のサンプリング時間間隔Δｔでディジタル化して取り出すＡ／Ｄ変換器（信号サンプリング手段）３と、被検体ＭへのＸ線照射に伴ってＦＰＤ２からサンプリング時間間隔ΔｔでＡ／Ｄ変換器３により取り出されて出力されるＸ線検出信号にしたがってＸ線画像を作成する検出信号処理部４と、検出信号処理部４で取得されたＸ線画像を表示する画像モニタ５とを備えていて、被検体ＭへのＸ線照射に伴ってＡ／Ｄ変換器３でＦＰＤ２から取り出されるＸ線検出信号に基づきＸ線画像が取得されるとともに、取得されたＸ線画像が画像モニタ５の画面に映し出される。以下、実施例１の装置の各部構成を具体的に説明する。

Ｘ線管１とＦＰＤ２は被検体Ｍを挟んで対向配置されていて、Ｘ線管１はＸ線撮影の際、照射制御部６の制御を受けながら被検体Ｍにコーンビーム状のＸ線を照射すると同時に、Ｘ線照射に伴って生じる被検体Ｍの透過Ｘ線像がＦＰＤ２のＸ線検出面に投影される配置関係となっている。

なお、Ｘ線照射線量などの照射条件は、操作部７等によってオペレータが入力する一方、照射制御部６は操作部７等によって入力された照射条件にしたがってＸ線管１を制御する。例えば、連続的なＸ線透視照射と単発のＸ線撮影照射の場合とでは、Ｘ線照射線量が相当に違う。

ＦＰＤ２は、図２に示すように、被検体Ｍの透過Ｘ線像が投影されるＸ線検出面に多数のＸ線検出素子２ａが被検体Ｍの体軸方向Ｘと体側方向Ｙに沿って縦横に配列された構成となっている。例えば、縦３０ｃｍ×横３０ｃｍ程の広さのＸ線検出面にＸ線検出素子２ａが縦１５３６×横１５３６のマトリックスで縦横に配列されている。ＦＰＤ２の各Ｘ線検出素子２ａが検出信号処理部４で作成されるＸ線画像の各画素と対応関係にあり、ＦＰＤ２から取り出されたＸ線検出信号に基づいて検出信号処理部４でＸ線検出面に投影された透過Ｘ線像に対応するＸ線画像が作成される。

ＦＰＤ２は、その横断面が図３のようになっている。すなわちＸ線が入射することによりキャリアが生成されるＸ線感応膜（例えばアモルファスＳｅ厚膜）である半導体膜２２と、その半導体膜２２のＸ線入射側の表面に設けられたバイアス電圧印加電極２１と、ＦＰＤ２の各Ｘ線検出素子２ａの一部であり、かつ半導体膜２２のＸ線非入射側に設けられたキャリア収集電極２３と、キャリア収集電極２３を蒸着したガラス基板２４とから構成される。さらに、ＦＰＤ２の場合、キャリア収集電極２３による収集電荷はガラス基板２４に配設されている蓄積・読み出す電気回路（図示省略）によって読み出されるとともに後段の電流・電圧変換型増幅器（図示省略）およびマルチプレクサ（図示省略）を経てＡ／Ｄ変換器３へ送り込まれる構成となっている。

Ａ／Ｄ変換器３は、Ｘ線画像１枚分ずつのＸ線検出信号をサンプリング時間間隔Δｔで連続的に取り出して、後段の検出信号メモリ部８でＸ線画像作成用のＸ線検出信号を記憶するとともに、Ｘ線検出信号のサンプリング動作（取り出し）をＸ線照射の以前に開始するように構成されている。また、検出信号処理部４で作成されるＸ線画像は画像メモリ部９に送り込まれて保持される。

すなわち、図３に示すように、サンプリング時間間隔Δｔで、その時点の透過Ｘ線像についての全Ｘ線検出信号が収集されて検出信号メモリ部８に次々に格納されていく。Ｘ線を照射する以前のＡ／Ｄ変換器３によるＸ線検出信号の取り出し開始は、オペレータの手動操作によって行われる構成でもよいし、Ｘ線照射指示操作等と連動して自動的に行われる構成でもよい。

また、実施例１のＸ線透視撮影装置は、図１に示すように、ＦＰＤ２からサンプリング時間間隔Δｔで取り出される各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分を、単数または減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各Ｘ線検出信号から時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号を算出する時間遅れ除去部（時間遅れ除去手段）１０を備えている。

すなわち、ＦＰＤ２の場合、図５に示すように、各時刻でのＸ線検出信号には、過去のＸ線照射に対応する信号が時間遅れ分（斜線部分）として含まれる。この時間遅れ分を時間遅れ除去部１０で除去して時間遅れのない補正後Ｘ線検出信号にするとともに、補正後Ｘ線検出信号に基づいて検出信号処理部４でＸ線画像を作成する。

時間遅れ除去部１０は、各Ｘ線検出信号から時間遅れ分を除去する再帰的演算処理を、次式Ａ〜Ｃにしたがって実行する。
Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n ) ・Ｓ_nk］…Ａ
Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …Ｂ
Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)…Ｃ
但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
Ｙ_k ：ｋ番目のサンプリング時点で取り出されたＸ線検出信号
Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号
Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_n
exp ：指数関数
Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
α_n ：指数関数ｎの強度
τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
ｋ＝０のときＸ₀ ＝０，Ｓ_n0＝０

つまり、式Ａの第２項の『Σ_n=1 N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n ) ・Ｓ_nk］』が時間遅れ分に該当するので、実施例１の装置では、時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号Ｘk が式Ａ〜Ｃという簡潔な漸化式によって速やかに求められる。

さらに、実施例１の装置は、時間遅れ除去部１０での再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数とＸ線照射線量との対応関係を予め記憶する応答係数・線量対応関係メモリ部（応答係数・線量対応関係記憶手段）１１と、応答係数・線量対応関係メモリ部１１に記憶されているインパルス応答係数とＸ線照射線量との対応関係にしたがって被検体に対するＸ線照射線量に見合ったインパルス応答係数を設定するインパルス応答係数設定部（インパルス応答係数設定手段）１２とを備え、前記時間遅れ除去部１０が、インパルス応答係数設定部１２により設定されたインパルス応答係数にしたがって再帰的演算処理を実行して各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分を除去して、補正後Ｘ線検出信号を求めるという構成上の特徴を有している。

応答係数・線量対応関係メモリ部１１は、インパルス応答係数とＸ線照射線量との対応関係として、インパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係を予め記憶している。実施例１の場合、応答係数・線量対応関係メモリ部１１に記憶されているインパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係は、同じ照射時間であってＸ線照射線量が段階的に異なる条件で実際に撮影された幾枚かのＸ線画像のＸ線検出信号の減衰特性をそれぞれ計測して求める。具体的には、例えば、Ｘ線照射線量が段階的に異なる幾つかの画像（放射線データ）に基づいて各Ｘ線画像ごとに適合する指数関数の強度が求められ、図６に示すように、求められた指数関数の強度α_n の値と、その強度α_n の求めるもとになったＸ線画像を撮影した時のＸ線照射線量Ｗとを、横軸をＸ線照射線量とし縦軸を指数関数の強度としてプロットし、さらにプロットした点を繋ぐ曲線を表す関数式を指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係として求める。そして、求めた指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係を関数式のかたちで応答係数・線量対応関係メモリ部１１に予め記憶する。指数関数の強度α_n はＸ線照射線量Ｗの対数に比例する関係にある。

なお、Ｘ線撮影の際、同じ照射時間とするには、操作部７によりＸ線パルスの幅を常に一定にセットする。Ｘ線照射線量を段階的に異ならせるには、操作部７によりＸ線管１の管電流（ｍＡ）を段階的に変化させる。この時、Ｘ線照射線量は使用する可能性のある範囲（最大照射線量と最小照射線量との間）に対し適当な間隔で変化させる。Ｘ線画像のＸ線検出信号の減衰特性の計測の際は、ファントムを被検体Ｍとして、一定の照射時間（例えば１０秒）でＸ線画像の撮影を行う。指数関数の強度とＸ線照射線量の対応関係の導出・記憶は、装置の設置時（据付時）や定期調整時などに行われる。

このように実施例１の装置の場合、インパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係が、同じ照射時間であってＸ線照射線量が段階的に異なる条件で実際に撮影された複数枚のＸ線画像、すなわち実画像に基づいて導出されているので、指数関数の強度とＸ線照射線量とを正確に対応させることができる。

さらに、図６に示されているインパルス応答係数としての指数関数の強度α_n とＸ線照射線量Ｗとの対応関係を下記の簡潔な関数式であらわすことができる。
α_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑ
但し， Ｗ：Ｘ線照射線量
Ｑ：指数関数の強度とＸ線照射線量の関係を示す近似直線の傾き
ｑ：指数関数の強度とＸ線照射線量の関係を示す近似直線の切片
なお、近似直線の傾きＱおよび近似直線の切片ｑは次のようにして求めることができる。すなわち、図７に示すように、横軸をｌｏｇＷで目盛り、縦軸をα_n で目盛ってα_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑのグラフを直線化した時の直線の傾きが近似直線の傾きＱであり、直線が縦軸と交わる点の縦軸上の座標が近似直線の切片ｑである。

したがって、実施例１の装置の場合、インパルス応答係数としての指数関数の強度α_n とＸ線照射線量Ｗとの対応関係を、上記の簡潔な関数式で容易に応答係数・線量対応関係メモリ部１１に記憶することができる。

また、実施例１の装置の場合、インパルス応答を構成する指数関数が複数個あって、各指数関数ごとにインパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係が記憶されている。具体的な指数関数の個数としては、２個あるいは３個などが挙げられる。つまり、インパルス応答係数を構成する各指数関数ごとに上記の関数式が１個ずつ記憶されており、各関数式の間では近似直線の傾きＱと近似直線の切片ｑとがそれぞれ適当な値をとることになる。

このように、インパルス応答が複数個の指数関数で構成されるので、インパルス応答がより正確なものとなるのに加え、各指数関数ごとにインパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係が記憶されているので、各指数関数の強度を適切に設定することができる結果、各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分がより正確に取り除かれる。

一方、インパルス応答係数設定部１２は、Ｘ線撮影中、例えば操作部７で設定されたＸ線パルスの幅および管電流（ｍＡ）等からＸ線照射線量を算出した後、算出したＸ線照射線量をα_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑの数式に代入し、実行中のＸ線撮影でのＸ線照射量に見合った指数関数の強度を求めてから、求められた指数関数の強度を時間遅れ除去部１０で実行される再帰的演算処理での指数関数の強度として設定する。

他方、時間遅れ除去部１０は、インパルス応答係数設定部１２により設定されたインパルス応答係数にしたがって再帰的演算処理を実行して各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分を除去する。

なお、実施例１の装置では、Ａ／Ｄ変換器３、検出信号処理部４、照射制御部６、時間遅れ除去部１０、応答係数・線量対応関係メモリ部１１、インパルス応答係数設定部１２等の各部は、操作部７から入力される指示やデータあるいはＸ線撮影の進行に連れて主制御部１３から送出される各種命令にしたがって制御・処理を実行する。

次に、上述の実施例１の装置を用いてＸ線撮影を実行する場合について、図面を参照しながら具体的に説明する。図８は実施例１の装置によるＸ線撮影の手順を示すフローチャートである。なお、応答係数・線量対応関係メモリ部１１にはインパルス応答係数としての指数関数の強度α_n とＸ線照射線量Ｗとの対応関係を示す関数式が既に記憶されており、又、被検体Ｍは天板に載せられて撮影位置にセットされているものとする。

〔ステップＳ１〕 操作部７を操作してオペレータがＸ線照射線量を含む撮影条件を入力する。

〔ステップＳ２〕 インパルス応答係数設定部１２が、オペレータが設定したＸ線照射線量を応答係数・線量対応関係メモリ部１１に記憶されている関数式に代入してオペレータが設定したＸ線照射線量に見合った指数関数の強度α_n を求めて設定する。実施例１の場合、インパルス応答を構成する指数関数の個数が複数個であるので、指数関数の個数だけ指数関数の強度が導出・設定される。

〔ステップＳ３〕 Ｘ線未照射の状態でＡ／Ｄ変換器３がサンプリング時間間隔Δｔ（＝１／３０秒）でＦＰＤ２からＸ線照射前のＸ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k を取り出し始めるとともに、取り出されたＸ線検出信号が検出信号メモリ部８に記憶されていく。

〔ステップＳ４〕 オペレータの設定によりＸ線が連続ないし断続的に被検体Ｍに照射されるのと並行して、サンプリング時間間隔ΔｔでＡ／Ｄ変換器３によるＸ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k の取り出しと検出信号メモリ部８への記憶とが続けられる。

〔ステップＳ５〕 Ｘ線照射が終了すれば次のステップＳ６に進み、Ｘ線照射が終了していなければステップＳ４に戻る。

〔ステップＳ６〕 検出信号メモリ部８から１回のサンプリングで収集したＸ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k を読み出す。

〔ステップＳ７〕 時間遅れ除去部１０が式Ａ〜Ｃによる再帰的演算処理を行い、各Ｘ線検出信号Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k 、すなわち、画素値を求める。

なお、実施例１の場合、インパルス応答係数の指数関数の強度については、インパルス応答係数設定部１２が、オペレータが入力したＸ線照射線量に応じた適当な値を設定するが、他のインパルス応答係数の指数関数の個数Ｎや指数関数の時定数τ_n はＸ線照射線量と関係なく予め定められている適当な一定値が設定される。

〔ステップＳ８〕 検出信号処理部４が１回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k に基づいてＸ線画像を作成する。

〔ステップＳ９〕 作成したＸ線画像を画像モニタ５に表示する。

〔ステップＳ１０〕 検出信号メモリ部８に未処理のＸ線検出信号Ｙ_k が残っていれば、ステップＳ６に戻り、未処理のＸ線検出信号Ｙ_k が残っていなければ、Ｘ線撮影を終了する。

なお、実施例１の装置では、Ｘ線画像１枚分のＸ線検出信号Ｙ_k に対する時間遅れ除去部１０による補正後Ｘ線検出信号Ｘk の算出および検出信号処理部４によるＸ線画像の作成がサンプリング時間間隔Δｔ（＝１／３０秒）で行われる。すなわち、１秒間にＸ線画像を３０枚程度のスピードで次々と作成されるとともに、作成されたＸ線画像を連続表示してＸ線画像の動画表示を行うことができる。

次に、図８におけるステップＳ７の時間遅れ除去部１０による再帰的演算処理のプロセスを、図９のフローチャートを用いて説明する。図９は実施例１の装置による時間遅れ除去の為の再帰的演算処理プロセスを示すフローチャートである。

〔ステップＲ１〕 ｋ＝０とセットされて，式ＡのＸ₀ ＝０，式ＣのＳ_n0＝０がＸ線照射前の初期値として全てセットされる。指数関数の個数が３個（Ｎ＝３）の場合は、Ｓ₁₀，Ｓ₂₀，Ｓ₃₀が全て０にセットされることになる。

〔ステップＲ２〕 式Ａ，Ｃでｋ＝１とセットされる。式Ｃ、つまりＳ_n1＝Ｘ₀ ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n0にしたがってＳ₁₁，Ｓ₂₁，Ｓ₃₁が求められ、さらに求められたＳ₁₁，Ｓ₂₁，Ｓ₃₁とＸ線検出信号Ｙ₁ が式Ａに代入されることで補正後Ｘ線検出信号が算出される。

〔ステップＲ３〕 式Ａ，Ｃでｋを１だけ増加（ｋ＝ｋ＋１）した後、続いて式Ｃに１時点前のＸ_k-1 が代入されてＳ_1k，Ｓ_2k，Ｓ_3kが求められ、さらに求められたＳ_1k，Ｓ_2k，Ｓ_3kとＸ線検出信号Ｙ_k が式Ａに代入されることで補正後Ｘ線検出信号Ｘ_k が算出される。

〔ステップＲ４〕 未処理のＸ線検出信号Ｙ_k があれば、ステップＲ３に戻り、未処理のＸ線検出信号Ｙ_k がなければ、次のステップＲ５に進む。

〔ステップＲ５〕 １回のサンプリング分（Ｘ線画像１枚分）の補正後除去Ｘ線検出信号Ｘ_k が算出され、１回の撮影分についての再帰的演算処理が終了となる。

以上のように、実施例１の装置によれば、時間遅れ除去部１０では、被検体Ｍに対するＸ線照射線量に見合ったインパルス応答係数としての指数関数の強度が設定された状態で時間遅れ除去用の再帰的演算処理が行われるので、各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分が正確に取り除ける。よって、実施例１の装置によれば、ＦＰＤ２から取り出されたＸ線検出信号からＦＰＤ２に起因するＸ線検出信号の時間遅れを的確に除去できる。

実施例２のＸ線透視撮影装置は、応答係数・線量対応関係メモリ部１１が、インパルス応答係数としての指数関数の強度α_n とＸ線照射線量Ｗとの対応関係を、関数式ではなく、一覧表形式で記憶するテーブルメモリである他は、実施例１の装置と同一であるので、相違する点のみを説明し、共通する点の説明は省略する。

すなわち、実施例２の装置の場合、インパルス応答係数としての指数関数の強度α_n とＸ線照射線量Ｗとの対応関係が、図１０に示すように、テーブルメモリに一覧表形式で記憶されていて、インパルス応答係数設定部１２はオペレータが入力したＸ線照射線量と応答係数・線量対応関係メモリ部１１に記憶されている一覧表と照らし合わせることによりオペレータが入力したＸ線照射線量に見合った指数関数の強度α_n を読み出して設定する。

実施例２の装置の場合も、やはり、時間遅れ除去部１０では、被検体Ｍに対するＸ線照射線量に見合ったインパルス応答係数としての指数関数の強度が設定された状態で時間遅れ除去用の再帰的演算処理が行われるので、各Ｘ線検出信号に含まれる時間遅れ分が正確に取り除ける。よって、実施例１の装置によれば、ＦＰＤ２から取り出されたＸ線検出信号からＦＰＤ２に起因するＸ線検出信号の時間遅れを的確に除去できる。

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）上記実施例１，２の装置は、応答係数・線量対応関係メモリ部１１にパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係が記憶される構成であったが、パルス応答係数としての指数関数の時定数τ_n とＸ線照射線量との対応関係や、パルス応答係数としての指数関数の個数ＮとＸ線照射線量との対応関係が記憶される構成であってもよい。

（２）上記実施例１，２の装置では、Ｘ線検出手段がＦＰＤであったが、この発明は、ＦＰＤ以外のＸ線検出信号の時間遅れを生ずるＸ線検出手段を用いた構成の装置にも適用できる。

（３）上記実施例１，２の装置は、Ｘ線透視撮影装置であったが、この発明は例えばＸ線ＣＴ装置のようにＸ線透視撮影装置以外のものにも適用することができる。

（４）上記実施例１，２の装置は、医用装置であったが、この発明は、医用に限らず、非破壊検査機器などの工業用装置にも適用することができる。

（５）上記実施例１，２の装置は、放射線としてＸ線を用いる装置であったが、この発明は、Ｘ線に限らず、Ｘ線以外の放射線を用いる装置にも適用することができる。

実施例１のＸ線透視撮影装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例１の装置に用いられているＦＰＤの構成を示す平面図である。 実施例１の装置に用いられているＦＰＤの横断面図である。 実施例１の装置によるＸ線撮影の実行時のＸ線検出信号のサンプリング状況を示す模式図である。 Ｘ線検出信号における時間遅れ状況を示す信号波形図である。 実施例１でのインパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係を示すグラフである。 実施例１でのインパルス応答係数としての指数関数の強度とＸ線照射線量との対応関係を近似直線化して示すグラフである。 実施例１の装置によるＸ線撮影の手順を示すフローチャートである。 実施例１の装置による時間遅れ除去の為の再帰的演算処理プロセスを示すフローチャートである。 実施例２の装置の応答係数・線量対応関係メモリ部用のテーブルメモリの記憶内容を示す模式図である。

符号の説明

１ … Ｘ線管（放射線照射手段）
２ … ＦＰＤ（放射線検出手段）
３ … Ａ／Ｄ変換器（信号サンプリング手段）
４ … 検出信号処理部
１０ … 時間遅れ除去部（時間遅れ除去手段）
１１ … 応答係数・線量対応関係メモリ部（応答係数・線量対応関係記憶手段）
１２ … インパルス応答係数設定部（インパルス応答係数設定手段）
Ｍ … 被検体

Claims (6)

1. 被検体に向けて放射線を照射する放射線照射手段と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段から放射線検出信号を所定のサンプリング時間間隔で取り出す信号サンプリング手段とを備え、被検体への放射線照射に伴って放射線検出手段からサンプリング時間間隔で出力される放射線検出信号に基づいて放射線画像が得られるように構成された放射線撮像装置であって、サンプリング時間間隔で取り出される各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を単数または減衰時定数が異なる複数個の指数関数で構成されるインパルス応答によるものとして再帰的演算処理により各放射線検出信号から除去する時間遅れ除去手段と、時間遅れ除去手段での再帰的演算処理におけるインパルス応答に関連する条件を規定するインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係を予め記憶する応答係数・線量対応関係記憶手段と、応答係数・線量対応関係記憶手段に記憶されているインパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係にしたがって被検体に対する放射線照射線量に見合ったインパルス応答係数を設定するインパルス応答係数設定手段とを備え、前記時間遅れ除去手段が、インパルス応答係数設定手段により設定されたインパルス応答係数にしたがって再帰的演算処理を行って各放射線検出信号に含まれる時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 請求項１に記載の放射線撮像装置において、応答係数・線量対応関係記憶手段は、インパルス応答係数と放射線照射線量との対応関係として、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係、インパルス応答係数としての指数関数の減衰時定数と放射線照射線量との対応関係、インパルス応答係数としての指数関数の数と放射線照射線量との対応関係のうちの少なくともひとつを予め記憶することを特徴とする放射線撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線撮像装置において、時間遅れ除去手段は放射線検出信号から時間遅れ分を除去する再帰的演算処理を、次の式Ａ〜Ｃ、
   Ｘ_k ＝Ｙ_k −Σ_n=1 ^N ［α_n ・〔１−exp(Ｔ_n ) 〕・exp(Ｔ_n ) ・Ｓ_nk］…Ａ
   Ｔ_n ＝−Δｔ／τ_n …Ｂ
   Ｓ_nk＝Ｘ_k-1 ＋exp(Ｔ_n )・Ｓ_n(k-1)…Ｃ
   但し， Δｔ：サンプリング時間間隔
   ｋ：サンプリングした時系列内のｋ番目の時点を示す添字
   Ｙ_k ：ｋ番目のサンプリング時点で取り出された放射線検出信号
   Ｘ_k ：Ｙ_k から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
   Ｘ_k-1 ：一時点前のＸ_k
   Ｓ_n(k-1)：一時点前のＳ_n
   exp ：指数関数
   Ｎ：インパルス応答を構成する時定数が異なる指数関数の個数
   ｎ：インパルス応答を構成する指数関数の中の一つを示す添字
   α_n ：指数関数ｎの強度
   τ_n ：指数関数ｎの減衰時定数
   ｋ＝０のときＸ₀ ＝０，Ｓ_n0＝０
   により行うことを特徴とする放射線撮像装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の放射線撮像装置において、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が、同じ照射時間であって放射線照射線量が段階的に異なる条件で実際に撮影された複数の放射線データに基づいて導出されていることを特徴とする放射線撮像装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれかに記載の放射線撮像装置において、インパルス応答を構成する指数関数が複数個あって、各指数関数ごとにインパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が記憶されていることを特徴とする放射線撮像装置。
6. 請求項２から請求項５のいずれかに記載の放射線撮像装置において、インパルス応答係数としての指数関数の強度と放射線照射線量との対応関係が、
   α_n ＝Ｑ・ｌｏｇＷ＋ｑ
   但し， α_n ：指数関数の強度
   Ｗ ：放射線照射線量
   Ｑ：指数関数の強度と放射線照射線量の関係を示す近似直線の傾き
   ｑ：指数関数の強度と放射線照射線量の関係を示す近似直線の切片
   なる関数式であらわされることを特徴とする放射線撮像装置。
   

Images