JP4882404B2 - 放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法 - Google Patents

放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法 Download PDF

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Description

この発明は、被検体への放射線照射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の放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法に係り、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時間遅れ分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yk から時間遅れ分を除去した遅れ除去放射線検出信号xk とする演算処理を次式によって行っている。
k =[ykn=1 Nn ・[1-exp(Tn )]・exp(Tn )・Snk ]]/Σn=1 Nβn
ここで、Tn =−Δt/τn ,Snk=xk-1 +exp(Tn )・Sn(k-1)
βn =αn ・[1−exp(Tn )]
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
αn :指数関数nの強度
τn :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)。
そこで、発明者は、特開2004−242741号公報の手法を先に提案している。この手法によれば、このFPDの時間遅れに対して、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。
k =Yk −Σn=1 N [αn ・〔1−exp(Tn ) 〕・exp(Tn )・Snk]…a
n =−Δt/τn …b
nk=Xk-1 +exp(Tn )・Sn(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
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
k :Yk から時間遅れ分を除去した遅れ除去放射線検出信号
k-1 :一時点前のXk
n(k-1):一時点前のSnk
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
αn :指数関数nの強度
τn :指数関数nの減衰時定数
この再帰式的演算では、FPDのインパルス応答係数である、N,αn,τn 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Yk を式a〜cに適用し、その結果、時間遅れ分を除去したXk を算出することになる(特許文献2)。
なお、再帰的演算処理のための初期値は以下のように決定される。すなわち、k=0とセットされて,式aのX0 =0,式cのSn0=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。
米国特許第5249123号(明細書中の数式および図面) 特開2004−242741号公報(明細書中の数式および図面)
しかしながら、このように初期値を決定する場合には、再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時(k=0:先頭フレーム)に時間遅れ分による残留ラグ(ラグ信号値)がないとの仮定で行われている。以下に詳しく説明する。図6は、放射線入射状況を示す図であり、図7は、図6の入射状況に対応した時間遅れ状況を示す図であり、図8は、撮影のラグ(時間遅れ分)が透視に重なった時間遅れ状況を示す図である。図中の時間t0〜t1は撮影、時間t2〜t3は透視での入射である。
図6に示すように、時間t2〜t3の間にX線が入射されると、入射線量に応じた本来の信号に、図7に斜線で示す時間遅れ分が加わって、放射線検出信号Yk は図7中に太線で示すものとなる。上述した特許文献2の手法を用いて、時間遅れ分、すなわち図7の斜線部分を除去し、本来の信号部分を取り出すことができる。
通常、透視の開始時は、図7に示すように、以前からのラグが残っていることはあまりないので、上述した時間遅れ分を除去する補正(「ラグ補正」とも呼ばれている)を上述した特許文献2の手法で問題なく行うことができる。
しかし、このようなラグ特性はFPDのセンサによって異なる。ラグが大きいセンサでは、以前の透視によって発生した長期ラグが残像として重なったり、あるいは撮影後に即座に透視を再開しようとした場合には、図8に示すように、時間t0〜t1での撮影のラグが透視に重なったりする(図8中のk=0を参照)。このような場合には、従来の特許文献2の手法では対処することができず、ラグ特性の悪いセンサを不良品としなければならない。
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、放射線検出手段の特性に影響されずに、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より正確に除去することができる放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法を提供することを目的とする。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る放射線撮像装置であって、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前記装置は構成されており、前記装置は、さらに、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、サンプリング時間間隔で取り出される前記再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された前記放射線検出信号に基づいて再起的演算処理のための初期値を決定する初期値決定手段とを備え、前記初期値決定手段で決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって、前記時間遅れ除去手段は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に記載の発明では、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除去する。各放射線検出信号から時間遅れ分を除去する際には、再帰的演算処理により行う。サンプリング時間間隔で取り出される再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された放射線検出信号に基づいて、初期値決定手段は再起的演算処理のための初期値を決定する。そして、初期値決定手段で決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって、時間遅れ除去手段は時間遅れ分を除去して、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に記載の発明によれば、初期値決定手段で決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって、時間遅れ除去手段は時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めるので、サンプリング時間間隔で取り出される再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された放射線検出信号(ラグ信号値)を考慮した状態で時間遅れ分を除去することができる。ラグ信号値は放射線検出手段の特性に依存するので、ラグ信号値を考慮した状態で時間遅れ分を除去することで、放射線検出手段の特性に影響されずに、放射線検出信号から時間遅れ分をより正確に除去することができる。また、ラグ特性が多少悪い放射線検出手段でも、実用上、問題のない時間遅れ分の量に抑え、放射線検出手段のラグ特性許容範囲を広げて、放射線検出手段の歩留まりを向上させることができるという効果をも奏する。
上述した発明において、再帰的演算処理および初期値の一例として以下のようなものがある。すなわち、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式A〜C、
k =Yk −Σn=1 N [Snk]…A
n=−Δt/τn …B
nk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(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
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
k :Yk から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
k-1 :一時点前のXk
n(k-1):一時点前のSnk
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
αn:指数関数nの強度
τn:指数関数nの減衰時定数
により行うとともに、初期値決定手段は初期値を式D、
0 =0,Sn0=γn・Y0…D
但し, γn:ある減衰時定数τnの成分nの残留割合
0 :再帰的演算処理の基点時である放射線非照射時に残留しているラグ信号値
により行い、前記式Dにより決定された初期値での条件で、前記式A〜Cにより求められた前記インパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求める(請求項2に記載の発明)。
請求項2に記載の発明によれば、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Xk が速やかに求められる。例えば、図6で上述したように、時間t2〜t3の間に一定量の放射線が放射線検出手段に入射した場合、放射線検出手段に時間遅れがなければ、放射線検出信号は、図6に示すように一定値となる。
しかし、実際は放射線検出手段に時間遅れがあって、図7に斜線で示す時間遅れ分が加わるので、放射線検出信号Yk は図7中に太線で示すものとなる。請求項2の発明においては、式Aの右辺の第2項以降、すなわち式Cでの『Snk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(k-1) }が図7に斜線で示す各々の時間遅れ分に該当し、これが放射線検出信号Yk から差し引かれるので、補正後放射線検出信号Xk は図6に示す時間遅れ分のないものとなる。
また、図8に示すように、時間t0〜t1での撮影のラグが透視に重なると、再帰的演算処理の基点時である放射線非照射時(図8ではk=0を参照)であっても、時間t0〜t1での撮影で発生した時間遅れ分による残留ラグ(ラグ信号値)が存在する。すなわち、放射線非照射時であっても放射線検出信号Ykの初期値Y0は0でない。そこで、式Dのように、X0 =0,Sn0=γn・Y0(Y0 :再帰的演算処理の基点時である放射線非照射時に残留しているラグ信号値)によって再帰的演算処理のための初期値を設定して、式Dにより決定された初期値での条件で、式A〜Cにより求められたインパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求める。
このような式Dによって、ラグ信号値Y0を考慮した状態で時間遅れ分を除去することで、放射線検出手段の特性に影響されずに、放射線検出信号から時間遅れ分をより正確に除去することができる。
なお、各々の残留割合γnを設定する好ましい一例として以下のようなものがある。すなわち、各々の残留割合γnを式E、
Σn=1 N [γn]≦1,0≦γn…E
但し,Σn=1 N [γn]:成分nの残留割合γnの総和
の条件を満たすように設定するのが好ましい(請求項3に記載の発明)。成分nの残留割合γnの総和が1を超えると時間遅れ分が過剰に除去され、逆に成分nの残留割合γnの総和が負の値の場合には時間遅れ分が逆に加算される恐れがある。そこで、成分nの残留割合γnの総和を0以上1以下にして、残留割合γnを0以上にすることで、時間遅れ分を過不足なく除去することができる。
各々の残留割合γnを設定する好ましい一例において、より具体的な一例として以下のようなものがある。すなわち、式Eは
Σn=1 N [γn]=1…E´
の条件を満たすとともに、各々の残留割合γnを式F、
γ1=γ2=…=γn=…=γN-1=γN…F
の条件を満たすように設定することで、式Dは
n0=Y0/N…D´
で表される(請求項4に記載の発明)。式E´に式Fを代入することで、N・γN=1となる。したがって、各々の残留割合γnはγN=1/Nとなり、各々の残留割合γnは(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で均等に分配される。このことから、γN=1/Nを式DのSn0=γn・Y0に代入することで、式D´で表される。
各々の残留割合γnを設定する好ましい一例において、より具体的な他の一例として以下のようなものがある。すなわち、式Eは
Σn=1 N [γn]<1…E´´
の条件を満たすとともに、ある減衰時定数τmの成分mでの残留割合γM、それ以外の残留割合γNを式G、
0<γM<1,γN=0…G
の条件を満たすように設定する(請求項5に記載の発明)。
また、請求項6に記載の発明は、被検体を照射して検出された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し、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を得る信号処理を行う放射線検出信号処理方法であって、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し、その再帰的演算処理を行う際にサンプリング時間間隔で取り出される再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された放射線検出信号に基づいて再起的演算処理のための初期値を決定し、その初期値に基づく再帰的演算処理によって、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6に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明を好適に実施することができる。
請求項6に記載の発明において、請求項2に記載の発明と同じように、再帰的演算処理および初期値の一例として以下のようなものがある。すなわち、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式A〜C、
k =Yk −Σn=1 N [Snk]…A
n=−Δt/τn …B
nk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(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
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
k :Yk から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
k-1 :一時点前のXk
n(k-1):一時点前のSnk
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
αn:指数関数nの強度
τn:指数関数nの減衰時定数
により行うとともに、初期値を式D、
0 =0,Sn0=γn・Y0…D
但し, γn:ある減衰時定数τnの成分nの残留割合
0 :再帰的演算処理の基点時である放射線非照射時に残留しているラグ信号値
により行い、前記式Dにより決定された初期値での条件で、前記式A〜Cにより求められた前記インパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求める(請求項7に記載の発明)。
[作用・効果]請求項7に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明を好適に実施することができる。
なお、各々の残留割合γnを設定する好ましい一例として以下のようなものがある。すなわち、請求項3に記載の発明と同じように、各々の残留割合γnを式E、
Σn=1 N [γn]≦1,0≦γn…E
但し,Σn=1 N [γn]:成分nの残留割合γnの総和
の条件を満たすように設定するのが好ましい(請求項8に記載の発明)。
[作用・効果]請求項8に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明を好適に実施することができる。
各々の残留割合γnを設定する好ましい一例において、より具体的な一例として以下のようなものがある。すなわち、請求項4に記載の発明と同じように、式Eは
Σn=1 N [γn]=1…E´
の条件を満たすとともに、各々の残留割合γnを式F、
γ1=γ2=…=γn=…=γN-1=γN…F
の条件を満たすように設定することで、式Dは
n0=Y0/N…D´
で表される(請求項9に記載の発明)。
各々の残留割合γnを設定する好ましい一例において、より具体的な他の一例として以下のようなものがある。すなわち、請求項5に記載の発明と同じように、式Eは
Σn=1 N [γn]<1…E´´
の条件を満たすとともに、ある減衰時定数τmの成分mでの残留割合γM、それ以外の残留割合γNを式G、
0<γM<1,γN=0…G
の条件を満たすように設定する(請求項10に記載の発明)。
この発明に係る放射線撮像装置および放射線検出信号処理方法によれば、決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めるので、サンプリング時間間隔で取り出される再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された放射線検出信号(ラグ信号値)を考慮した状態で時間遅れ分を除去することができる。ラグ信号値は放射線検出手段の特性に依存するので、ラグ信号値を考慮した状態で時間遅れ分を除去することで、放射線検出手段の特性に影響されずに、放射線検出信号から時間遅れ分をより正確に除去することができる。
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図1は、実施例に係る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1と、被検体Mを透過したX線を検出するFPD(フラットパネル型X線検出器)2と、FPD2からX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3と、A/D変換器3から出力されるX線検出信号に基づいて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とを備えている。つまり、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線検出信号に基づいてX線画像が得られるように本実施例装置は構成されており、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、本実施例装置の各部構成を具体的に説明する。X線管1は、この発明における放射線照射手段に相当し、FPD2は、この発明における放射線検出手段に相当し、A/D変換器3は、この発明における信号サンプリング手段に相当する。また、X線検出信号は、この発明における放射線検出信号に相当し、X線画像は、この発明における放射線画像に相当する。
被検体Mを挟んでX線管1とFPD2とを対向配置する。具体的には、X線撮影の際にX線照射制御部6の制御を受けながら、X線管1は被検体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ように、X線管1およびFPD2を対向配置する。
X線管移動機構7およびX線検出器移動機構8によってX線管1およびFPD2が被検体Mに沿って往復移動可能になるようにそれぞれを構成する。また、X線管1およびFPD2の移動に際しては、X線管移動機構7およびX線検出器移動機構8が照射検出系移動制御部9の制御を受けてX線の照射中心がFPD2のX線検出面の中心に常に一致する状態が保たれるようにし、X線管1とFPD2との対向配置を維持したままで一緒に移動させる。X線管1およびFPD2が移動するにつれて被検体MへのX線照射位置が変化することにより撮影位置が移動する。
FPD2は、図2に示すように、被検体Mからの透過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て構成されている。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線画像が検出信号処理部4で作成される。
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、後段のメモリ部10でX線画像作成用のX線検出信号を記憶し、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。
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メモリ部10に次々に格納される。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、本実施例のX線透視撮影装置は、図1に示すように、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11と、再起的演算処理のための初期値を決定する初期値決定部12とを備えている。時間遅れ除去部11は、この発明における時間遅れ除去手段に相当し、初期値決定部12は、この発明における初期値決定手段に相当する。
時間遅れ分は、FPD2からサンプリング時間間隔で取り出される各X線検出信号に含まれている。その時間遅れ分を減衰時定数が異なる単数または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上述した再帰的演算処理を行って、各X線検出信号から時間遅れ分を除去する。
再起的演算処理のための初期値を初期値決定部12で決定するには、再帰的演算処理の基点時に残留しているラグ信号値に基づいて行う。ここで、再帰的演算処理の基点時とは、先頭フレームにおけるX線非照射時(k=0)のことを示し、再帰的演算処理の基点時に残留しているラグ信号値とは、そのX線非照射時に残留しているラグ信号値Y0を示す。そして、初期値決定部12で決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって、時間遅れ除去部11は時間遅れ分を除去して、補正後X線検出信号を求める。
FPD2の場合、図7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(図7中の斜線部分を参照)として含まれる。この時間遅れ分を時間遅れ除去部11で除去して時間遅れのない補正後X線検出信号にする。この補正後X線検出信号に基づいて、X線検出面に投影された透過X線像に対応するX線画像を検出信号処理部4が作成する。
具体的に時間遅れ除去部11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を利用して行う。
k =Yk −Σn=1 N [Snk]…A
n=−Δt/τn …B
nk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(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
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
k :Yk から時間遅れ分を除去した補正後X線検出信号
k-1 :一時点前のXk
n(k-1):一時点前のSnk
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
αn:指数関数nの強度
τn:指数関数nの減衰時定数
つまり、式Aの右辺の第2項以降、すなわち式Cでの『Snk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(k-1) }が時間遅れ分に該当するので、本実施例装置では、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。
ここで、再帰的演算処理の基点時、すなわち先頭フレームにおけるX線非照射時は、k=0のときであり、再帰的演算処理を行う際にk=0のときのXk,Snk、すなわち初期値を次式Dのように決定する。
0 =0,Sn0=γn・Y0…D
但し, γn:ある減衰時定数τnの成分nの残留割合
0 :再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時に残留しているラグ信号値
例えば、図8に示すように、時間t0〜t1での撮影のラグが透視に重なると、再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時(図8ではk=0を参照)であっても、時間t0〜t1での撮影で発生した時間遅れ分による残留ラグ(ラグ信号値)が存在する。すなわち、X線非照射時であってもX線検出信号Ykの初期値Y0は0でない。
そこで、式Dのように、X0 =0,Sn0=γn・Y0(Y0 :再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時に残留しているラグ信号値)によって再帰的演算処理のための初期値を設定して、式Dにより決定された初期値での条件で、式A〜Cにより求められたインパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後X線検出信号Xkを求める。
なお、本実施例装置では、A/D変換器3や、検出信号処理部4、X線照射制御部6や照射検出系移動制御部9、時間遅れ除去部11、初期値決定部12は、操作部13から入力される指示やデータあるいはX線撮影の進行に従って主制御部14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、上述の本実施例装置を用いて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4は実施例でのX線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。なお、ここでの撮影は、図8に示すような過去の撮影や、今回の透視あるいは撮影も含む。
〔ステップS1〕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Yk を取り出す。取り出されたX線検出信号をメモリ部10に記憶する。
〔ステップS2〕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Yk の取り出しとメモリ部10への記憶とを続ける。
〔ステップS3〕X線照射が終了すれば次のステップS4に進み、X線照射が終了していなければステップS2に戻る。
〔ステップS4〕メモリ部10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Yk を読み出す。
〔ステップS5〕時間遅れ除去部11が式A〜Cによる再帰的演算処理を行い、各X線検出信号Yk から時間遅れ分を除去した補正後X線検出信号Xk 、すなわち、画素値を求める。
〔ステップS6〕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Xk に基づいてX線画像を作成する。
〔ステップS7〕作成したX線画像を画像モニタ5に表示する。
〔ステップS8〕メモリ部10に未処理のX線検出信号Yk が残っていれば、ステップS4に戻り、未処理のX線検出信号が残っていなければ、X線撮影を終了する。
なお、本実施例装置では、X線画像1枚分のX線検出信号Yk に対する時間遅れ除去部11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線画像の作成をサンプリング時間間隔Δt(=1/30秒)で行う。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し、作成されたX線画像を連続表示することができるように構成する。したがって、X線画像の動画表示が可能になる。
次に、図4におけるステップS5の時間遅れ除去部11による再帰的演算処理のプロセスについて、図5のフローチャートを用いて説明する。図5は実施例でのX線検出信号処理方法における時間遅れ除去用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T1〕初期値決定部12は、過去の撮影で発生した時間遅れ分による残留ラグ(ラグ信号値)を収集する。具体的には、先頭フレームにおいてA/D変換器3がFPD2から残留ラグによるX線画像1枚分のX線検出信号Y0 を取り出す。このX線検出信号Y0は、再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時に残留しているラグ信号値Y0でもある。
〔ステップT2〕k=0とセットして、式AのX0 =0を初期値としてセットする。一方、ステップT1で取得されたラグ信号値Y0を式Dに代入することで式CのSn0を求める。ここで、ある減衰時定数τnの成分nの残留割合γnを、式Eの条件を満たすように設定するのが好ましい。
すなわち、
Σn=1 N [γn]≦1,0≦γn…E
但し,Σn=1 N [γn]:成分nの残留割合γnの総和
の条件を満たすように設定するのが好ましい。
成分nの残留割合γnの総和が1を超えると時間遅れ分が過剰に除去され、逆に成分nの残留割合γnの総和が負の値の場合には時間遅れ分が逆に加算される恐れがある。そこで、成分nの残留割合γnの総和を0以上1以下にして、残留割合γnを0以上にすることで、時間遅れ分を過不足なく除去することができる。式Eについては、次式E´のようにしてもよいし、次式E´´のようにしてもよい。
すなわち、式Eが次式E´の場合には、式Eは、
Σn=1 N [γn]=1…E´
の条件を満たすとともに、各々の残留割合γnを式F、
γ1=γ2=…=γn=…=γN-1=γN…F
の条件を満たすように設定する。
式E´に式Fを代入することで、N・γN=1となる。したがって、各々の残留割合γnはγN=1/Nとなり、各々の残留割合γnは(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で均等に分配される。このことから、γN=1/Nを式DのSn0=γn・Y0に代入することで、式Dは次式D´で表される。
すなわち、式Dは
n0=Y0/N…D´
で表される。指数関数の数が3個(N=3)の場合は、S10,S20,S30を式DにしたがってY0/3に全てセットする。
また、式Eが次式E´´の場合には、式Eは、
Σn=1 N [γn]<1…E´´
の条件を満たすとともに、ある減衰時定数τmの成分mでの残留割合γM、それ以外の残留割合γNを式G、
0<γM<1,γN=0…G
の条件を満たすように設定する。指数関数の数が3個(N=3)で、減衰時定数τ2の成分2での残留割合γ2が0<γ2<1を満たし(例えばγ2=0.1)、かつそれ以外の残留割合がγ1=γ3=0を満たす場合には、S10,,S30を式Gにしたがって0にセットするとともに、S20を式Gにしたがってγ2・Y0(例えばγ2=0.1)にセットする。
〔ステップT3〕式A,Cでk=1とセットする。式C、つまりSn1=exp(T1) ・{α1・〔1−exp(T1) 〕・exp(T1)・Sn0 }にしたがってS11,S21,S31を求め、さらに求められたS11,S21,S31とX線検出信号Y1とを式Aに代入することで補正後X線検出信号X1を算出する。
〔ステップT4〕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Xk-1 を代入してS1k,S2k,S3kを求め、さらに求められたS1k,S2k,S3kとX線検出信号Ykとを式Aに代入することで補正後X線検出信号Xkを算出する。
〔ステップT5〕未処理のX線検出信号Yk があれば、ステップT4に戻り、未処理のX線検出信号Yk がなければ、次のステップT6に進む。
〔ステップT6〕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Xk を算出し、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、本実施例のX線透視撮影装置によれば、初期値決定部12で決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって、時間遅れ除去部11は時間遅れ分を除去して、補正後X線検出信号を求めるので、再帰的演算処理の基点時に残留しているラグ信号値を考慮した状態で時間遅れ分を除去することができる。ラグ信号値はFPD(フラットパネル型X線検出器)2の特性に依存するので、ラグ信号値を考慮した状態で時間遅れ分を除去することで、FPD2の特性に影響されずに、X線検出信号から時間遅れ分をより正確に除去することができる。また、ラグ特性が多少悪いFPD2でも、実用上、問題のない時間遅れ分の量に抑え、FPD2のラグ特性許容範囲を広げて、FPD2の歩留まりを向上させることができるという効果をも奏する。
本実施例では、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X線検出信号Xk が速やかに求められる。図6に示すように、時間t2〜t3の間に一定量のX線がFPD2に入射した場合、FPD2に時間遅れがなければ、X線検出信号は、図6に示すように一定値となる。
しかし、実際はFPD2に時間遅れがあって、図7に斜線で示す時間遅れ分が加わるので、X線検出信号Yk は図7中に太線で示すものとなる。本実施例においては、式Aの右辺の第2項以降、すなわち式Cでの『Snk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(k-1) }が図7に斜線で示す各々の時間遅れ分に該当し、これがX線検出信号Yk から差し引かれるので、補正後X線検出信号Xk は図6に示す時間遅れ分のないものとなる。
また、図8に示すように、時間t0〜t1での撮影のラグが透視に重なると、再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時(図8ではk=0を参照)であっても、時間t0〜t1での撮影で発生した時間遅れ分による残留ラグ(ラグ信号値)が存在する。すなわち、X線非照射時であってもX線検出信号Ykの初期値Y0は0でない。そこで、式Dのように、X0 =0,Sn0=γn・Y0(Y0 :再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時に残留しているラグ信号値)によって再帰的演算処理のための初期値を設定して、式Dにより決定された初期値での条件で、式A〜Cにより求められたインパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後X線検出信号を求める。
このような式Dによって、ラグ信号値Y0を考慮した状態で時間遅れ分を除去することで、FPD2の特性に影響されずに、X線検出信号から時間遅れ分をより正確に除去することができる。
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)上述した実施例では、放射線検出手段が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が生じる放射線検出手段を用いた構成の装置にも用いることができる。
(2)上述した実施例装置はX線透視撮影装置であったが、この発明は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。
(3)上述した実施例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。
(4)上述した実施例装置は、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(例えばγ線)を用いる装置にも適用することができる。
(5)上述した実施例では、初期値を式D(X0 =0,Sn0=γn・Y0)により決定したが、残留割合γnを用いずに、0<Sn0<Y0を満たすようなSn0を初期値として決定してもよい。
(6)上述した実施例では、式Dにより決定された初期値での条件で、式A〜Cにより求められたインパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めたが、特許文献2(特開2004−242741号公報)の手法でも述べたように、式a〜cにより求められたインパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去する場合においても式Dにより決定された初期値での条件を適用してもよい。すなわち、式Dにより決定された初期値での条件で、式a〜cにより求められたインパルス応答に基づいて時間遅れ分を除去して、補正後放射線検出信号を求めてもよい。
(7)上述した実施例では、好ましくは各々の残留割合γnを設定するのに式E(Σn=1 N [γn]≦1,0≦γn)の条件を満たし、その式Eの条件を満たす一例として、式E´(Σn=1 N [γn]=1)を満たすとともに、各々の残留割合γnを式F(γ1=γ2=…=γn=…=γN-1=γN)の条件を満たすように設定する、あるいはEの条件を満たす他の一例として、式E´´(Σn=1 N [γn]<1)の条件を満たすとともに、ある減衰時定数τmの成分mでの残留割合γM、それ以外の残留割合γNを式G(0<γM<1,γN=0)の条件を満たすように設定したが、式Eの条件を満たすのであれば、これらに限定されない。
以上のように、この発明は、医用もしくは工業用の放射線撮像装置に適している。
実施例の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。 実施例でのX線検出信号処理方法の手順を示すフローチャートである。 実施例でのX線検出信号処理方法における時間遅れ除去用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。 放射線入射状況を示す図である。 図6の入射状況に対応した時間遅れ状況を示す図である。 撮影のラグ(時間遅れ分)が透視に重なった時間遅れ状況を示す図である。
符号の説明
1 … X線管
2 … FPD(フラットパネル型X線検出器)
3 … A/D変換器
11 … 時間遅れ除去部
12 … 初期値決定部
M … 被検体

Claims (10)

  1. 放射線検出信号に基づいて放射線画像を得る放射線撮像装置であって、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前記装置は構成されており、前記装置は、さらに、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、サンプリング時間間隔で取り出される前記再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された前記放射線検出信号に基づいて再起的演算処理のための初期値を決定する初期値決定手段とを備え、前記初期値決定手段で決定された初期値に基づく再帰的演算処理によって、前記時間遅れ除去手段は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、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式A〜C、
    k =Yk −Σn=1 N [Snk]…A
    n=−Δt/τn …B
    nk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(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
    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
    k :Yk から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
    k-1 :一時点前のXk
    n(k-1):一時点前のSnk
    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
    αn:指数関数nの強度
    τn:指数関数nの減衰時定数
    により行うとともに、初期値決定手段は初期値を式D、
    0 =0,Sn0=γn・Y0…D
    但し, γn:ある減衰時定数τnの成分nの残留割合
    0 :再帰的演算処理の基点時である放射線非照射時に残留しているラグ信号値
    により行い、前記式Dにより決定された初期値での条件で、前記式A〜Cにより求められた前記インパルス応答に基づいて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。
  3. 請求項2に記載の放射線撮像装置において、各々の残留割合γnを式E、
    Σn=1 N [γn]≦1,0≦γn…E
    但し,Σn=1 N [γn]:成分nの残留割合γnの総和
    の条件を満たすように設定することを特徴とする放射線撮像装置。
  4. 請求項3に記載の放射線撮像装置において、式Eは
    Σn=1 N [γn]=1…E´
    の条件を満たすとともに、各々の残留割合γnを式F、
    γ1=γ2=…=γn=…=γN-1=γN…F
    の条件を満たすように設定することで、式Dは
    n0=Y0/N…D´
    で表されることを特徴とする放射線撮像装置。
  5. 請求項3に記載の放射線撮像装置において、式Eは
    Σn=1 N [γn]<1…E´´
    の条件を満たすとともに、ある減衰時定数τmの成分mでの残留割合γM、それ以外の残留割合γNを式G、
    0<γM<1,γN=0…G
    の条件を満たすように設定することを特徴とする放射線撮像装置。
  6. 被検体を照射して検出された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し、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を得る信号処理を行う放射線検出信号処理方法であって、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し、その再帰的演算処理を行う際にサンプリング時間間隔で取り出される再帰的演算処理の基点時であるX線非照射時において取り出された前記放射線検出信号に基づいて再起的演算処理のための初期値を決定し、その初期値に基づく再帰的演算処理によって、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検出信号処理方法。
  7. 請求項6に記載の放射線検出信号処理方法において、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式A〜C、
    k =Yk −Σn=1 N [Snk]…A
    n=−Δt/τn …B
    nk=exp(Tn) ・{αn・〔1−exp(Tn) 〕・exp(Tn)・Sn(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
    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
    k :Yk から時間遅れ分を除去した補正後放射線検出信号
    k-1 :一時点前のXk
    n(k-1):一時点前のSnk
    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
    αn:指数関数nの強度
    τn:指数関数nの減衰時定数
    により行うとともに、初期値を式D、
    0 =0,Sn0=γn・Y0…D
    但し, γn:ある減衰時定数τnの成分nの残留割合
    0 :再帰的演算処理の基点時である放射線非照射時に残留しているラグ信号値
    により行い、前記式Dにより決定された初期値での条件で、前記式A〜Cにより求められた前記インパルス応答に基づいて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検出信号処理方法。
  8. 請求項7に記載の放射線検出信号処理方法において、各々の残留割合γnを式E、
    Σn=1 N [γn]≦1,0≦γn…E
    但し,Σn=1 N [γn]:成分nの残留割合γnの総和
    の条件を満たすように設定することを特徴とする放射線検出信号処理方法。
  9. 請求項8に記載の放射線検出信号処理方法において、式Eは
    Σn=1 N [γn]=1…E´
    の条件を満たすとともに、各々の残留割合γnを式F、
    γ1=γ2=…=γn=…=γN-1=γN…F
    の条件を満たすように設定することで、式Dは
    n0=Y0/N…D´
    で表されることを特徴とする放射線検出信号処理方法。
  10. 請求項8に記載の放射線検出信号処理方法において、式Eは
    Σn=1 N [γn]<1…E´´
    の条件を満たすとともに、ある減衰時定数τmの成分mでの残留割合γM、それ以外の残留割合γNを式G、
    0<γM<1,γN=0…G
    の条件を満たすように設定することを特徴とする放射線検出信号処理方法。

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