JP4652346B2

JP4652346B2 - Ｘ線撮影装置

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Publication number: JP4652346B2
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Inventors: 広則植木
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Description

本発明は、画像診断や工業検査に使用されるＸ線撮影技術に関する。

Ｘ線撮影装置は、画像診断や工業検査の分野で広く利用されているが、被写体中で指数関数的に減衰するＸ線信号を広範囲に測定するためには、広いダイナミックレンジを有する計測系が必要とされる。一般に、ダイナミックレンジの最大値は、Ｘ線発生源の最大出力容量や被写体の最大被曝許容量で決定されており、このときの最大入射線量に応じてＸ線検出器の最大検出容量が設計されている。一方、ダイナミックレンジの最小値は、Ｘ線検出器のノイズで決定されているため、ダイナミックレンジの拡大にはノイズの低減が重要である。

このようなノイズとしては、検出器内部で発生する回路ノイズ（内因性ノイズ）の他に、検出器外部からの電磁波の混入によるものがある（外因性ノイズ）。特に、後者に関しては、Ｘ線撮影装置はＸ線発生装置やその電源、機構系等、強力な電磁波の発生源が多数存在するため、外因性ノイズがダイナミックレンジ低下の主要因となっている場合が少なくない。このため、電磁シールドでＸ線検出器を覆う等の対策が行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００２−５９５号公報特開２００４−３２５１２６号公報

外因性ノイズを低減するために、Ｘ線検出器は、その側面および背面が金属板等でシールドされているのが一般的である。ただし、Ｘ線検出器の入力面は電磁シールドによるＸ線の減衰を避けるため、シールドを配置しないか、あるいは比較的薄いシールドを配置するのが一般的である。このため電磁波ノイズの遮断が十分に行えず、外因性ノイズの低減が困難であるという課題があった。

本発明の目的は、電磁派ノイズの遮断が困難である場合でも、外因性ノイズによるＳ／Ｎの低下を抑え、広いダイナミックレンジを有するＸ線検出技術を実現し、それを用いたＸ線撮影装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によるＸ線撮影装置は、下記に示すような特徴を有する。

（１）Ｘ線を発生する手段と、前記Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータと、前記Ｘ線の被写体透過像を検出するＸ線検出手段を有するＸ線撮影装置において、前記Ｘ線の非照射領域に配置されたＮ個（ただし、１≦Ｎとする）の参照信号検出手段と、前記コリメータにより前記Ｘ線検出手段に対するＸ線照射が略遮断された状態において前記Ｘ線検出手段で検出されたノイズ信号ｐ(t)（ただしtは時間とする）を前記参照信号検出手段で検出されたＮ個の参照信号ｑ(t)（ただし、ｎ＝１〜Ｎとする）の線形和和ｐ'(t)＝α₁ｑ₁(t)＋α₂ｑ₂(t)＋・・・＋α_Nｑ_N(t)で近似して前記近似の平均２乗誤差を最小とする重み係数α_n（ただし、ｎ＝１〜Ｎ）を計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段で計算された前記重み係数α_nの値を格納する格納手段と、前記Ｘ線検出手段および前記参照信号検出手段でそれぞれ計測された信号f(t)および参照信号ｑ_n(t)と前記格納手段に格納された前記重み係数α_nの値を用いてノイズ除去信号f(t)-ｐ'(t)を計算する第２の計算手段を有することを特徴とする。

これにより、Ｘ線検出手段に電磁ノイズが混入した場合でも、参照信号検出手段で検出した参照信号を用いて計測信号から外因性ノイズを除去し、Ｘ線検出器のＳ／Ｎを向上できる。

（２）前記（１）のＸ線撮影装置において、前記参照信号検出手段が、前記Ｘ線検出手段を構成する複数の検出素子の一部で構成されることを特徴とする。

これにより、参照信号検出手段として外部の検出器を用意する必要がないため、Ｘ線検出器の構成を単純化して製作コストを低減できる。

（３）前記（１）又は（２）のＸ線撮影装置において、前記Ｘ線発生手段と前記被写体の間および前記被写体と前記参照信号検出手段との間にそれぞれ配置され、前記参照信号検出手段へのＸ線の照射を略遮断するための第１および第２のコリメータを有することを特徴とする。

これにより、第１のコリメータによって被写体への無効被曝を低減できるとともに、第２のコリメータによって被写体中で発生した散乱線の参照信号検出手段への入射が防止できるため、参照信号検出手段による電磁ノイズの計測精度を向上できる。

（４）前記（１）、（２）又は（３）のＸ線撮影装置において、前記参照信号検出手段が、Ｍ個（ただし、Ｎ＜Ｍとする）の参照用検出素子で構成されており、前記Ｎ個の参照信号ｑ_n(t)が予め指定されたＮ個の参照用検出素子の検出信号で構成されていることを特徴とする。

これにより、使用環境に応じて変化する外因性ノイズの低減において特に重要な参照用検出素子の個数を限定できる。その結果、ノイズ除去演算に必要な演算量を減らして演算時間を高速化できる。

（５）前記（４）のＸ線撮影装置において、前記Ｎ個の参照信号ｑ_n(t)の一部または全てが、複数の前記参照用検出素子で検出された信号の加算値で構成されることを特徴とする。

これにより、参照用検出素子内で発生した回路ノイズを低減し、ノイズ除去演算における内因性ノイズの増加を低減できる。

（６）前記（４）又は（５）のＸ線撮影装置において、前記Ｘ線検出手段を構成する各検出素子に対して、前記指定されるＮ個の参照用検出素子の組合せが変化し得ることを特徴とする。

これにより、Ｘ線検出手段を構成する検出素子毎に、最適な参照用検出素子の組み合わせを選択できるため、外因性ノイズの除去精度を向上できる。

（７）前記（６）のＸ線撮影装置において、前記Ｘ線検出手段を構成する各検出素子に対して、最も距離が近いＮ個の前記参照用検出素子の組合せが指定されることを特徴とする。

これにより、Ｘ線検出手段を構成する検出素子毎に、最も影響力の強い参照用検出素子を選択できるため、外因性ノイズの除去精度を向上できる。

本発明によれば、電磁派ノイズの遮断が困難である場合でも、外因性ノイズによるＳ／Ｎの低下を抑え、広いダイナミックレンジを有するＸ線検出技術を実現し、それを用いたＸ線撮影装置を提供できる。

本発明の実施例を説明する前に、本発明における外因性ノイズ低減方法の原理について、図１５を用いて説明する。

図１５は、本発明を適用したＸ線撮影装置の一般的な構成図である。本Ｘ線撮影装置は、Ｘ線源１、Ｘ線検出器２０、参照検出器Ｒ１〜Ｒ８等から構成される。Ｘ線源１から放射されるＸ線は、図示してない公知のコリメータによってその照射範囲７がＸ線検出器２０の検出面内に制限されており、参照検出器Ｒ１〜Ｒ８にはＸ線が直接照射されない。また、参照検出器Ｒ１〜Ｒ８の前面には図示してない公知のコリメータが配置されており、被写体中で発生した散乱Ｘ線が入射しないようになっている。外部で発生した電磁波ノイズはＸ線検出器２０および参照検出器Ｒ１〜Ｒ８に入射し、各検出器中の各種信号線や電源線、グランド線等を通して外因性ノイズとして検出される。電磁派ノイズ源としては多数の発生源が想定され、これらはＸ線検出器２０および参照検出器Ｒ１〜Ｒ８において、それぞれ異なる強度で観測される。

以上のＸ線撮影装置の構成を前提として、以下に、外因性ノイズの除去法について説明する。なお、図１５では、８個の参照検出器Ｒ１〜Ｒ８を想定したが、以下では一般的にＮ個（１≦Ｎ）の参照検出器があるものとする。いま、ある時間ｔにおいてＸ線検出器２０中のある検出素子（画素）で検出される外因性ノイズ信号をｐ(t)とする。なお、ｐ(t)は、Ｘ線検出器２０に入射するＸ線を図示しないコリメータで遮断した状態で撮影することで取得できる。また、このとき同時に各参照検出器で検出される外因性ノイズ（参照信号）をｑ_n(t)（ただし、ｎ＝１〜Ｎ）とする。Ｘ線検出器２０と各参照検出器で同一発生源による電磁波ノイズが観測されたとすると、ｐ(t)とｑ_n(t)の間にはある程度の相関が存在する。従って、ｐ(t)はｑ_n(t)の線形和として、次式で近似できる。

ただし、α_nは近似係数（重み係数）である。最小２乗法を用いれば、各近似係数α_nの最適値はｐ(t)とその近似値ｐ'(t)の平均最小２乗誤差が最小になるように決定される。即ち、次式が成り立つ。

（数２）を各α_nに対して計算すると、次式が成り立つ。

ただし、関数σは相互相関関数であり、次式で定義される。

（数３）左辺の行列をＡ、（数３）右辺第１項および第２項の行列をそれぞれＢ、Ｃと表すと、最適近似係数を要素とする行列Ｃは、Ｃ＝Ｂ^-1Ａで計算できる。以上の方法を用いれば、最適近時係数を撮影に先立って予め求めておくことができる。撮影時には、Ｘ線検出器２０および各参照検出器にて撮影信号ｆ(t)と外因性ノイズをｑ_n(t)がそれぞれ計測される。このとき、撮影信号ｆ(t)中に含まれる外因性ノイズ成分は（数１）で推定できるため、次式を用いてノイズ除去信号ｇ(t)を計算できる。

以上に説明したノイズ除去法は、様々な用途のＸ線撮影装置に適用可能である。以下に、本発明による実施例について説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係るＸ線撮影装置の正面模式図である。なお、本実施例１では、本発明の適用例としてＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置を想定している。

本実施例１に係るＸ線撮影装置は、Ｘ線源１、Ｘ線検出器２、回転板４、ガントリー５、参照検出器１０Ａおよび１０Ｂ、散乱線遮断コリメータ１１Ａおよび１１Ｂ、照射野制限コリメータ１２、フレームメモリ１００、最適係数演算手段１０１、最適係数保存メモリ１０２、参照データ保存メモリ１０３、ノイズ除去演算手段１０４、画像再構成手段１０５、画像表示手段１０６等から構成される。以下では、Ｘ線源１およびＸ線検出器２を合わせて撮影系と呼ぶ。

撮影系は、回転板４に固定されており、回転板４および撮影系全体はガントリー５の内部に格納されている。ガントリー５の中央には、被写体３を配置するためのホール６が設けられている。回転板４は、ガントリー５の内部で、ホール６の中心を通り紙面に垂直な軸を回転軸として回転することができる。なお、回転板４は、図示してない公知の駆動モーターによって回転する。Ｘ線検出器２の回転面方向の両端には、参照検出器１０Ａおよび１０Ｂが配置されている。Ｘ線源１の前面には、照射野制限コリメータ１２が配置されている。照射野制限コリメータ１２は、Ｘ線源１から放射されるＸ線がＸ線検出器２の検出領域外に照射されないように、照射範囲７を制限する。従って、参照検出器１０Ａおよび１０ＢにはＸ線が直接照射されることはない。また、参照検出器１０Ａおよび１０Ｂの前面にはそれぞれ散乱線遮断コリメータ１１Ａおよび１１Ｂが配置されており、被写体３の内部で散乱したＸ線が参照検出器１０Ａおよび１０Ｂに入射しないようになっている。

次に、本実施例１に係るＸ線撮影装置の動作を説明する。本Ｘ線撮影装置には、撮影モードと最適係数測定モードの２種類の計測モードが準備されている。なお、図１において、実線矢印は撮影モードにおけるデータの流れを、点線矢印は最適係数測定モードにおけるデータの流れをそれぞれ示している。

最適係数測定モードは、前述の最適近似係数を導出するための測定モードであり、測定は撮影に先立って実施される。測定では被写体３は配置されず、また、照射野制限コリメータ１２はＸ線検出器２へのＸ照射を全て遮断するように照射範囲７を制限する。測定開始が指示されると同時に、回転板４は回転を開始し、回転板４の回転速度が定常状態に達した時点でＸ線源１からのＸ線放射が開始される。このとき、Ｘ線検出器２と参照検出器１０Ａおよび１０Ｂは、回転板４の回転駆動系やＸ線源１の図示してない電源等から発生した電磁ノイズ（外因性ノイズ）を計測する。Ｘ線検出器２で検出された外因性ノイズのデータは、フレームメモリ１００に記録され、また、参照検出器１０Ａおよび１０Ｂで検出された外因性ノイズのデータは、参照データ保存メモリ１０３に記録される。上記のデータ収集は、回転板４の数回転分（通常５〜１０回転）にわたって行われ、全データが収集された時点で計測は終了し、Ｘ線照射および回転板４の回転が停止する。また、計測が終了した時点で最適係数演算手段１０１は、フレームメモリ１００および参照データ保存メモリ１０３に記録されたデータを参照して、後述する方法でＸ線検出器２の最適近似係数を計算し、結果を最適係数保存メモリ１０２に記録する。

撮影モードでは被写体３が配置され、また、照射野制限コリメータ１２は、Ｘ線検出器２の全体または一部にＸ線が照射されるように照射範囲７を制限する。測定開始が指示されると同時に、回転板４は回転を開始し、回転板４の回転速度が定常状態に達した時点でＸ線源１からのＸ線放射が開始される。このとき、参照検出器１０Ａおよび１０Ｂでは外因性ノイズが計測される。一方、Ｘ線検出器２では被写体３のＸ線透過信号と共に上記外因性ノイズが計測される。Ｘ線検出器２で検出された投影信号のデータはフレームメモリ１００に記録され、また、参照検出器１０Ａおよび１０Ｂで検出された外因性ノイズのデータは参照データ保存メモリ１０３に記録される。

上記各データが記録される度に、ノイズ除去演算手段１０４は、フレームメモリ１００から投影信号データ、参照データ保存メモリ１０３から外因性ノイズデータ、最適係数保存メモリ１０２から最適近似係数のデータをそれぞれ読出し、後述する方法で投影信号データに対してノイズ除去演算を行う。ノイズ除去後の投影信号データは、画像再構成手段１０５によって公知の画像再構成が行われ、被写体３のＸ線断層像を作成する。得られたＸ線断層像は、公知の画像表示手段１０６によって画像表示される。

図２は、本発明の実施例１に係るＸ線検出器２および参照検出器１０Ａおよび１０Ｂの配置を説明するための図である。また、図３はＸ線検出器２および参照検出器１０Ａおよび１０Ｂの画素構成を説明するための図である。

図３に示されるように、Ｘ線検出器２はチャネル方向（図３の水平方向）に１０２４分割、スライス方向（図３の上下方向）に８分割されたマルチスライス構造を持つ。また、参照検出器１０Ａおよび１０ＢはそれぞれＸ線検出器２のチャネル方向両端部に配置され、それぞれチャネル方向に４分割、スライス方向に８分割されている。なお、上記チャネル方向およびスライス方向の分割数は本例に限るものではない。また、上記Ｘ線検出器２および参照検出器１０Ａ、１０Ｂは一体型のセンサとして構成されていても良いし、別々に作成したものを並べた構造としても良い。なお、後述するように参照検出器１０Ａを構成する３２個の画素ＰＡ(１、１)〜ＰＡ(８、４)で計測された信号は後に加算され、１つの信号として取り扱われる。また同様に参照検出器１０Ｂを構成する３２個の画素ＰＢ(１、１)〜ＰＢ(８、４)で計測された信号も後に加算され、１つの信号として取り扱われる。すなわち、本構成では、参照検出器の個数は２個（（数１）〜（数５）において、Ｎ＝２）であり、それぞれの加算信号はｑ₁(t)およびｑ₂(t)として取り扱われる。このように複数画素で得られた信号を加算することで、各画素で発生する回路ノイズ（内因性ノイズ）を低減できる。後述するように最適近似係数α₁およびα₂はＸ線検出器２を構成する全ての画素Ｐ(１、１)〜Ｐ(８、１０２４)に対して個別に導出され、最適係数保存メモリ１０２に保存される。

図４は、最適係数演算手段１０１における処理手順を説明するための図である。最適係数演算手段１０１における以下の処理は専用演算器や汎用演算器を用いたソフトウェア処理等で実現される。最適係数演算手段１０１は、まず参照データ保存メモリ１０３から参照検出器１０Ａを構成する各画素の信号ＰＡ(１、１)〜ＰＡ(８、４)を読み出して画素加算し、加算データｑ₁(t)を計算する。同様に、参照検出器１０Ｂを構成する各画素の信号ＰＢ(１、１)〜ＰＢ(８、４)を読み出して画素加算し、加算データｑ₂(t)を計算する（ステップ４００）。次に上記加算データｑ₁(t)、ｑ₂(t)に対して数４に示される相互相関演算を行い、（数３）右辺第１項で示される行列Ｂを作成する（ステップ４０１）。次に、公知の計算アルゴリズムを用いて、行列Ｂの逆行列Ｂ^-1を作成する（ステップ４０２）。

次に、Ｘ線検出器２で計測されたデータを撮影データ保存メモリ１００から読み出し、（数３）左辺で示される行列Ａを作成する（ステップ４０３）。次に、行列Ｃ＝Ｂ^-1Ａを計算し、行列Ｃの要素である最適近似係数α₁およびα₂を計算する（ステップ４０４）。なお、ステップ４０３および４０４の処理は、Ｘ線検出器２の全画素Ｐ(１、１)〜Ｐ(８、１０２４)に対して繰り返し実行される。それぞれの画素に対して計算された最適近似係数α₁およびα₂の結果は、最適係数保存メモリ１０２に保存される。なお、図４中では、画素Ｐ(ｉ、ｊ)に対して計算されたα₁およびα₂の値をそれぞれα_A(ｉ、ｊ)、α_B(ｉ、ｊ)と表現している。

図５は、ノイズ除去演算手段１０４における処理手順を説明するための図である。ノイズ除去演算手段１０４における以下の処理は、専用演算器や汎用演算器を用いたソフトウェア処理等で実現される。ノイズ除去演算手段１０４は、まず参照データ保存メモリ１０３から参照検出器１０Ａを構成する各画素の信号ＰＡ(１、１)〜ＰＡ(８、４)を読み出して画素加算し、加算データｑ₁(t)を計算する。同様に、参照検出器１０Ｂを構成する各画素の信号ＰＢ(１、１)〜ＰＢ(８、４)を読み出して画素加算し、加算データｑ₂(t)を計算する（ステップ５００）。次に、Ｘ線検出器２で計測されたデータを撮影データ保存メモリ１００から読み出し、また対応する画素の最適近似係数α₁およびα₂の値を読み出し、更に上記加算データを用いて（数５）に示されるノイズ除去演算を行う（ステップ５０１）。ステップ５０１の演算は、Ｘ線検出器２の全画素Ｐ(１、１)〜Ｐ(８、１０２４)に対して繰り返し実行される。

図６は、本実施例１に示されるＸ線撮影装置によるノイズ低減効果を説明するための図である。図６中のグラフ６００は、Ｘ線検出器２の中央スライスにおけるノイズ標準偏差の比率（ノイズ除去後／ノイズ除去前）を示したものである。外来性ノイズが有効に除去され、ノイズの標準偏差がノイズ除去前の２０〜８０％程度に縮小していることがわかる。

図７は、参照検出器の別の配置例を説明するための図である。本配置例では、Ｘ線検出器２のスライス方向の両端部に参照検出器７００Ａおよび７００Ｂが配置される。図３に示した参照検出器の場合と同様、参照検出器７００Ａおよび７００Ｂ内の全画素値を加算してそれぞれ１つの信号とみなしても良いが、ノイズ除去を対象とするＸ線検出器２内の画素位置に応じて参照検出器７００Ａおよび７００Ｂを構成するＭ個の参照画素（参照用検出素子）のうち指定するＮ個（Ｎ＜Ｍ）の参照画素の位置を変化させても良い。後者の場合、ノイズ除去を対象とする画素に近い位置にある参照画素を選択すれば、互いの画素で測定される外因性ノイズの相関性を高め、ノイズ除去精度を向上できる。

図８は、参照検出器７００Ａおよび７００Ｂ内の参照画素の選択方法を説明するための図である。本例では、Ｘ線検出器２内の画素位置に最も近い５個の参照画素がそれぞれ参照検出器７００Ａおよび７００Ｂの中から選択される。例えば、Ｘ線検出器２の画素位置８００に対しては、最も近い５個の参照画素８００Ａおよび８００Ｂが選択される。またＸ線検出器２の画素位置８０１に対しては、最も近い５個の参照画素８０１Ａおよび８０１Ｂが選択される。上記５個の参照画素の値は加算され、それぞれ１つの参照信号とみなされる。なお、本例では５個の参照画素が選択されているが、選択される画素数はこれに限定されるものではない。また、図３、図７および図８では、２つの参照検出器（Ｎ＝２）を利用する例を示したが、参照検出器の個数はこれに限定されるものではない。

図９は、Ｘ線検出器２と独立に構成された参照検出器Ｒ１〜Ｒ６の配置例を示す図である。本例の場合、Ｘ線検出器２の一部の画素を参照検出器として利用する必要がないため、Ｘ線検出器２の撮影視野を有効的に利用できる利点がある。また、ノイズ除去の際には全ての参照検出器Ｒ１〜Ｒ６を利用しても良いし（Ｎ＝６）、ノイズ除去を対象とする画素に最も近い位置にある参照画素を数個選択して利用しても良い。

以上、実施例１に係るＸ線撮影装置を示したが、本発明は、実施例１のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更しうることはいうまでもない。例えば、実施例１においては、Ｘ線検出器２としてマルチスライスＣＴセンサを想定したが、シングルスライスＣＴセンサやコーンビームＣＴで使用される２次元Ｘ線センサに対して本発明を適用しても良いことは言うまでもない。

（実施例２）
図１０は、本発明の実施例２に係るＸ線撮影装置の模式図である。なお、本実施例２では、本発明の適用例として、画像診断用のＸ線撮影装置を想定している。

本実施例２に係るＸ線撮影装置は、Ｘ線源１、Ｘ線検出器２０、参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂ、照射野制限コリメータ１２、散乱線遮断コリメータ１１０１Ａおよび１１０１Ｂ、支柱２１、寝台天板２２、寝台２３、フレームメモリ１００、最適係数演算手段１０１、最適係数保存メモリ１０２、参照データ保存メモリ１０３、ノイズ除去演算手段１０４、画像表示手段１０６等から構成される。Ｘ線検出器２０としては、公知のＸ線ＦＰＤ（Flat Panel Detector）等が用いられる。Ｘ線検出器２０の両端には参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂが配置されている。Ｘ線源１の前面には照射野制限コリメータ１２が配置されており、照射野制限コリメータ１２は、Ｘ線源１から放射されるＸ線がＸ線検出器２０の検出領域外に照射されないように、照射範囲７を制限する。従って、参照検出器１１００Ａおよび１１００ＢにはＸ線が直接照射されることはない。また、参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂの前面にはそれぞれ散乱線遮断コリメータ１１０１Ａおよび１１０１Ｂが配置されており、被写体３の内部で散乱したＸ線が参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂに入射しないようになっている。

次に、本実施例２に係るＸ線撮影装置の動作を説明する。本Ｘ線撮影装置には、撮影モードと最適係数測定モードの２種類の計測モードが準備されている。なお、図１０において、実線矢印は撮影モードにおけるデータの流れを、点線矢印は最適係数測定モードにおけるデータの流れをそれぞれ示している。

最適係数測定モードは前述の最適近似係数を導出するための測定モードであり、測定は撮影に先立って実施される。測定では被写体３は配置されず、また、照射野制限コリメータ１２はＸ線検出器２へのＸ照射を全て遮断するように照射範囲７を制限する。測定開始が指示されると同時にＸ線源１からのＸ線放射が開始され、Ｘ線検出器２０と参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂは外因性ノイズのデータを連続撮影にて繰り返し計測する。このときＸ線検出器２０で検出された外因性ノイズのデータはフレームメモリ１００に記録され、また、参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂで検出された外因性ノイズのデータは参照データ保存メモリ１０３に記録される。上記のデータ収集は数十〜数百回分の撮影に渡って行われ、全データが収集された時点で計測は終了し、Ｘ線照射を停止する。また、計測が終了した時点で、最適係数演算手段１０１はフレームメモリ１００および参照データ保存メモリ１０３に記録されたデータを参照して、実施例１で示した方法と同一の方法を用いてＸ線検出器２０の最適近似係数を計算し、結果を最適係数保存メモリ１０２に記録する。

撮影モードでは、被写体３が配置され、また、照射野制限コリメータ１２はＸ線検出器２０の全体または一部にＸ線が照射されるように照射範囲７を制限する。測定開始が指示されると同時にＸ線源１からＸ線が放射され１回撮影または連続撮影が行われる。このとき参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂでは外因性ノイズが計測される。一方、Ｘ線検出器２０では被写体３のＸ線透過信号と共に上記外因性ノイズが計測される。Ｘ線検出器２０で検出された投影信号のデータは、フレームメモリ１００に記録され、また、参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂで検出された外因性ノイズのデータは、参照データ保存メモリ１０３に記録される。上記各データが記録される度に、ノイズ除去演算手段１０４はフレームメモリ１００から投影信号データ、参照データ保存メモリ１０３から外因性ノイズデータ、最適係数保存メモリ１０２から最適近似係数のデータをそれぞれ読出し、実施の形態１で示した方法と同一の方法を用いてノイズ除去演算を行う。ノイズ除去後の撮影データは、公知の画像表示手段１０６によって画像表示される。

図１１は、本発明の実施例２に係るＸ線検出器２０および参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂの配置を説明するための図である。また、図１２は、Ｘ線検出器２０および参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂの画素構成を説明するための図である。Ｘ線検出器２０の水平方向および垂直方向の画素分割数の代表例は、それぞれ３０６８画素および３０７２画素であるが、これに限定されるものではない。また、参照検出器１１００Ａおよび１１００ＢはそれぞれＸ線検出器２０の水平方向両端部に配置され、それぞれ水平方向に２画素、垂直方向に３０７２画素を有している。なお、上記参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂの水平方向および垂直方向の分割数は本例に限るものではない。

また、上記Ｘ線検出器２０および参照検出器１１００Ａ、１１００Ｂは、一体型のセンサとして構成されていても良いし、別々に作成したものを並べた構造としても良い。参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂを構成する全画素の信号値は、それぞれ加算して１つの信号として取り扱っても良いし、ノイズ除去を対象とするＸ線検出器２０内の画素位置に応じて参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂ内の参照画素の位置を変化させても良い。後者の場合、ノイズ除去を対象とする画素に近い位置にある参照画素を選択すれば、互いの画素で測定される外因性ノイズの相関性を高め、ノイズ除去精度を向上できる。

図１３は、参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂ内の参照画素の選択方法を説明するための図である。本例では、Ｘ線検出器２０内の画素位置に最も近い１０個の参照画素がそれぞれ参照検出器１１００Ａおよび１１００Ｂの中から選択される。例えば、Ｘ線検出器２０の画素位置１３００に対しては、最も近い１０個の参照画素１３００Ａおよび１３００Ｂが選択される。またＸ線検出器２０の画素位置１３０１に対しては、最も近い１０個の参照画素１３０１Ａおよび１３０１Ｂが選択される。上記１０個の参照画素の値は加算され、それぞれ１つの参照信号とみなされる。なお、本例では１０個の参照画素が選択されているが、選択される画素数はこれに限定されるものではない。また図１２および図１３では、２つの参照検出器（Ｎ＝２）を利用する例を示したが、参照検出器の個数はこれに限定されるものではない。

図１４は、Ｘ線検出器２０と独立に配置された参照検出器Ｒ１〜Ｒ８の構成例を示す図である。本例の場合、Ｘ線検出器２０の一部の画素を参照検出器として利用する必要がないため、Ｘ線検出器２０の撮影視野を有効的に利用できる利点がある。またノイズ除去の際には全ての参照検出器Ｒ１〜Ｒ８を利用しても良いし（Ｎ＝８）、ノイズ除去を対象とする画素に最も近い位置にある参照画素を数個選択して利用しても良い。

上述した実施例２にでは、画像診断用のＸ線撮影装置を例にとって説明したが、本発明は、実施例２のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更しうることはいうまでもない。例えば、実施例２においては画像診断用のＸ線装置を想定したが、工業検査用Ｘ線撮影装置やセキュリティ用Ｘ線撮影装置に本発明を適用しても良いことは言うまでもない。

以上詳述したように、本発明によれば、電磁派ノイズの遮断が困難である場合でも、外因性ノイズによるＳ／Ｎの低下を抑え、広いダイナミックレンジを有するＸ線検出器を実現し、それを用いたＸ線撮影技術を提供できる。

本発明の実施例１に係るＸ線撮影装置を説明するための正面模式図。実施例１におけるＸ線検出器および参照検出器の配置を説明するための図。実施例１におけるＸ線検出器および参照検出器の画素構成を説明するための図。図１に示す最適係数演算手段における処理手順を説明するための図。図１に示すノイズ除去演算手段における処理手順を説明するための図。本実施例１に示されるＸ線撮影装置によるノイズ低減効果を説明するための図。実施例１における参照検出器の別の配置例を説明するための図。図７に示す参照検出器内の参照画素の選択方法を説明するための図。実施例１においてＸ線検出器と独立に構成された参照検出器Ｒ１〜Ｒ６の配置例を示す図。本発明の実施例２に係るＸ線撮影装置を説明するための模式図。実施例２におけるＸ線検出器および参照検出器の配置を説明するための図。実施例２におけるＸ線検出器および参照検出器の画素構成を説明するための図。図１２に示す参照検出器内の参照画素の選択方法を説明するための図。実施例２においてＸ線検出器と独立に配置された参照検出器Ｒ１〜Ｒ８の構成例を示す図。本発明を適用したＸ線撮影装置の一般的な構成を示す図。

符号の説明

１…Ｘ線源、２、２０…Ｘ線検出器、３…被写体、４…回転板、５…ガントリー、６…ホール、７…照射範囲、１０Ａ、１０Ｂ、１１００Ａ、１１００Ｂ…参照検出器、１１Ａ、１１Ｂ、１１０１Ａ、１１０１Ｂ…散乱線遮断コリメータ、１２…照射野制限コリメータ、２０…Ｘ線検出器、２１…支柱、２２…寝台天板、２３…寝台、１００…フレームメモリ、１０１…最適係数演算手段、１０２…最適係数保存メモリ、１０３…参照データ保存メモリ、１０４…ノイズ除去演算手段、１０５…画像再構成手段、１０６…画像表示手段、Ｒ１〜Ｒ８…参照画素。

Claims

Ｘ線を発生するＸ線発生手段と、前記Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータと、前記被写体のＸ線透過像を検出するＸ線検出手段と、を有するＸ線撮影装置において、
前記Ｘ線検出手段の端部に配置され、前記被写体の透過Ｘ線及び前記被写体からの散乱Ｘ線を遮断するコリメータをＸ線入射方向の面に有し、外部で発生した電磁波ノイズを外因性ノイズとして検出する参照信号検出手段と、
前記参照信号検出手段によって検出された前記外因性ノイズを参照信号として記憶する参照信号記憶手段と、
前記Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータにより前記Ｘ線検出手段が前記Ｘ線発生手段からのＸ線照射を制限した状態において、前記Ｘ線検出手段によって検出された投影信号データを記憶するフレーム記憶手段と、
前記記憶された投影信号データと参照信号とからノイズ除去信号を計算する計算手段と、を有することを特徴とするＸ線撮影装置。
前記計算手段は、前記Ｘ線の照射範囲を制限するコリメータにより、前記Ｘ線発生手段からのＸ線照射を遮断した状態において、前記Ｘ線検出手段によって検出されたノイズ信号と、前記参照信号記憶手段によって記憶された参照信号とからノイズ除去のための最適係数を計算する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段によって計算された最適係数、前記参照信号および前記投影信号データを用いてノイズ除去信号を計算する第２の計算手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
第１の計算手段は、前記参照信号検出手段によってＸ線の非照射領域に配置されたＮ個（ただし、１≦Ｎとする）の参照信号を検出し、前記Ｘ線検出手段に対するＸ線照射が前記コリメータにより略遮断された状態において前記Ｘ線検出手段で検出されたノイズ信号ｐ(t)（ただし、ｔは時間とする）を前記参照信号検出手段で検出されたＮ個の参照信号ｑ_n(t)（ただし、ｎ＝１〜Ｎとする）の線形和ｐ'(t)＝α₁ｑ₁(t)＋α₂ｑ₂(t)＋・・・＋α_Nｑ_N(t)で近似して前記近似の平均２乗誤差を最小とする重み係数α_n（ただし、ｎ＝１〜Ｎ）を計算することを特徴とする請求項２に記載のＸ線撮影装置。
前記第２の計算手段は、前記Ｘ線検出手段および前記参照信号検出手段でそれぞれ計測された信号ｆ(t)および参照信号ｑ_n(t)と前記格納手段に格納された前記重み係数α_nの値を用いてノイズ除去信号ｆ(t)−ｐ'(t)を計算することを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のＸ線撮影装置。
前記参照信号検出手段が、前記Ｘ線検出手段を構成する複数の検出素子の一部で構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線発生手段と前記被写体の間および前記被写体と前記参照信号検出手段との間にそれぞれ配置され、前記参照信号検出手段へのＸ線の照射を略遮断するための第１および第２のコリメータを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線撮影装置。
前記参照信号検出手段が、Ｍ個（ただし、Ｎ＜Ｍとする）の参照用検出素子で構成されており、前記Ｎ個の参照信号ｑ_n(t)が予め指定されたＮ個の参照用検出素子の検出信号で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のＸ線撮影装置。
前記Ｎ個の参照信号ｑ_n(t)の一部または全てが、複数の前記参照用検出素子で検出された信号の加算値で構成されることを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線検出手段を構成する各検出素子に対して、前記指定されるＮ個の参照用検出素子の組合せが変化し得ることを特徴とする請求項７又は８に記載のＸ線撮影装置。
前記Ｘ線検出手段を構成する各検出素子に対して、最も距離が近いＮ個の前記参照用検出素子の組合せが指定されることを特徴とする請求項９に記載のＸ線撮影装置。