JP5460103B2 - 放射線撮影装置及びその暗電流補正方法 - Google Patents

放射線撮影装置及びその暗電流補正方法 Download PDF

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Description

本発明は、放射線画像を撮影する放射線撮影装置及びその暗電流補正方法に関する。
放射線画像(例えば、X線画像)の撮影においては、被写体のX線像を取得するため、カセッテにフィルムと増感紙とを挟んだフィルム/スクリーンや、コンピューティッドラジオグラフィーで使用されるカセッテに入ったイメージプレートが使用される。
近年では、X線像を直接且つリアルタイムにデジタル信号に変換するX線検出器が提案されている。このようなX線検出器としては、例えば、固体光検出器とシンチレータとを積層したX線検出器がある。固体光検出器は、石英ガラスから成る基板上にアモルファス半導体を挟んで、透明導電膜と導電膜とから成る固体光検出素子がマトリクス状に配列されている。シンチレータは、X線を可視光に変換する。
また、シンチレータを用いず、固体光検出器でX線を直接取得するX線検出器も種々知られている。このようなX線検出器は、シンチレータを用いる場合に比べ、シンチレータにおける光の散乱の影響を受けない。そのため、一般に、解像度が良いとされる。更に、CCDやCMOS検出器及びシンチレータを組み合わせることにより、単位時間当たりの撮影枚数を増やしたX線検出器も知られている。
一般に、これらのX線検出器は、X線の強度を電荷量として検出する。そのため、X線画像の取得に際しては、画素中の電荷のリセット、電荷の蓄積、画素中の電荷の転送及び一定サイクルの駆動が必要とされる。
X線検出器では、X線による信号電荷とともに、その蓄積時間に比例した暗電流成分の電荷が蓄積される。そのため、取得されたX線画像には、X線信号成分と暗電流成分とが含まれているので、X線画像の撮影に際しては、暗電流補正処理が行なわれる。暗電流補正処理では、X線を照射しない状態で暗電流成分のみの暗電流画像を取得する。そして、X線画像から当該取得した暗電流画像を差し引き、X線画像から暗電流成分を除去する。
ここで、暗電流画像は、上述した通り、X線を照射しない状態で取得する。そのため、静止画を撮影する場合には、一般に、X線を照射する直前又は直後に取得する。また、X線透視などに代表される動画撮影の場合には、一般に、X線像をリアルタイムに観察する必要があるため、X線を照射する前又はX線照射の合間に取得する。IVR、血管造影、CTなど単位時間に非常に多く(例えば、60fps)の画像を取得する高速撮影の場合は、X線照射の合間に暗電流画像を取得するのが困難である。そのため、このような場合には、X線を照射する前に取得した暗電流画像を利用することが多い。
ところが、このようなX線検出器においては、一般に、駆動開始直後の暗電流成分が安定しない場合が多い。そのため、撮影画像の画質を向上させるには、駆動開始からX線照射までの時間をある程度確保する必要がある。一方、X線撮影装置の操作性を向上させるには、操作者によるスタートスイッチ(例えば、X線照射スイッチ)の押下とともに、速やかにX線照射が始まる方がよい。
このトレードオフを解決するため、特許文献1には、予め記憶した暗電流成分を撮影時間、固体撮像素子の温度、画素値、画素位置などに応じて変更して利用する技術が開示される。また、特許文献2には、駆動開始後に画素の特性が安定するまでの時間を複数区間に分割し、これらの区間ごとの暗電流成分を事前に測定して記憶する。そして、撮影時には、その区間ごとに対応する暗電流成分を差し引いて補正を行なう技術が開示される。
特開平07−236093号公報 特開2007−222501号公報
特許文献1に開示される技術のように、予め記憶した暗電流成分を撮影時の状況に合わせて変更して利用する場合、撮影時の状況を監視する必要があるので、新たな構成を設けなくてはならない。また、発生し得る全ての状況に精度良く対応して暗電流成分を変更するのは困難である。
特許文献2に開示される技術のように、駆動開始後の暗電流成分を区間ごとに記憶する場合、実際の撮影時の状況、例えば、撮影フレームレートや固体撮像素子の温度などに起因した誤差を十分に考慮できない。
また、上述したトレードオフを解決するための単純な対策として、X線検出器を常に駆動、即ち、通電し暗電流成分を安定させておけばよいが、この場合、消費電力の増加や装置寿命の短縮などが懸念される。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、撮影の開始が指示されてから放射線を照射するまでの間に検出された複数の暗電流画像に基づいて生成した補正データを用いて暗電流補正処理を実施するようにした技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様による放射線撮影装置は、被写体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、
撮影の開始指示から所定時間が経過するまでの間に取得された複数の暗電流画像の各画素値の撮影の開始指示からの時間変化を表すモデルを生成するモデル生成手段と、
前記各画素値の時間変化を表すモデルに基づいて前記撮影の開始指示から放射線画像の撮影までの経過時間に対応した補正データを生成する補正データ生成手段と、
前記補正データを用いて、前記放射線画像に対して暗電流補正処理を実施する補正手段と
を具備することを特徴とする。
本発明によれば、撮影の開始が指示されてから放射線を照射するまでの間に検出された複数の暗電流画像に基づいて補正データを生成し、その補正データ用いて暗電流補正処理を実施する。これにより、本構成を有さない場合よりも、撮影時の状況に応じた高精度な暗電流補正を実施できる。
本発明の一実施の形態に係わるX線撮影装置100の構成の一例を示す図。 図1に示すX線撮影装置100の処理の流れの一例を示すフローチャート。 暗電流画像の概要の一例を示す図。 暗電流画像内のある1つの画素の画素値が変化する概要の一例を示す図。 実施形態2に係わるX線撮影装置100の構成の一例を示す図。 実施形態2に係わるX線撮影装置100の処理の流れの一例を示すフローチャート。 撮影部位と照射遅延時間との対応関係の一例を示す図。
以下、本発明に係わる放射線撮影装置及びその暗電流補正方法の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態においては、放射線としてX線を適用した場合を例に挙げて説明するが、放射線は、X線に限られず、電磁波や、α線、β線、γ線などであってもよい。
(実施形態1)
図1は、本発明の一実施の形態に係わるX線撮影装置100の構成の一例を示す図である。
X線撮影装置100は、1又は複数のコンピュータを含んで構成される。コンピュータには、例えば、CPU等の主制御手段、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の記憶手段が具備される。また、コンピュータには、ネットワークカード等の通信手段、キーボード、マウス、ディスプレイ又はタッチパネル等の入出力手段、等が具備されていてもよい。なお、これら各構成手段は、バス等により接続され、主制御手段が記憶手段に記憶されたプログラムを実行することで制御される。
ここで、X線撮影装置100は、X線検出部101と、撮影開始指示部102と、照射遅延設定部103と、暗電流画像取得部104と、X線画像取得部105と、暗電流補正データ生成部106と、暗電流補正部107とを具備して構成される。また、X線撮影装置100には、フレームレート設定部119と、X線照射部120と、撮影制御部121と、画像処理部122と、画像表示部123とが設けられる。
X線照射部120は、放射線照射部として機能し、被写体(例えば、人体)に向けて放射線(X線)を照射(曝射)する。フレームレート設定部119は、X線画像撮影時のフレームレートを設定する。
X線検出部101は、放射線検出部として機能し、被写体を透過した放射線を検出する。これにより、X線撮影装置100では、被写体に基づく放射線画像(本実施形態においては、X線画像)を撮影する。撮影開始指示部102は、X線画像の撮影の開始を指示する。撮影開始指示部102による撮影の開始指示は、例えば、操作者による操作(X線曝射スイッチの押下)に基づいてなされる。
照射遅延設定部103は、撮影開始指示部102による撮影の開始指示からX線の照射が開始されるまでの時間(以下、照射遅延時間と呼ぶ)を設定する。暗電流画像取得部104は、撮影開始指示部102により撮影の開始が指示された後、照射遅延設定部103により設定された照射遅延時間が経過するまでの間、X線検出部101から複数の暗電流画像を読み出し取得する。
X線画像取得部105は、放射線画像取得手段として機能し、X線検出部101により検出されたX線に基づく1又は複数のX線画像を読み出し取得する。X線画像取得部105によるX線画像の取得は、照射遅延時間の経過後、X線照射部120によりX線が照射されている間、繰り返し行なわれる。
暗電流補正データ生成部106は、暗電流画像取得部104により取得した複数の暗電流画像に基づいて暗電流補正データを生成する。暗電流補正データは、X線画像取得部105により取得された1又は複数のX線画像各々に対応して生成される。暗電流補正データ生成部106には、複数の暗電流画像を解析する解析部110が設けられる。すなわち、暗電流補正データ生成部106は、この解析部110による解析結果に基づいて暗電流補正データを生成する。
暗電流補正部107は、X線画像取得部105により取得された1又は複数のX線画像に対して暗電流補正処理を実施し、当該X線画像から暗電流成分を取り除く。暗電流補正処理は、X線画像取得部105により取得されたX線画像から暗電流補正データ生成部106により生成された暗電流補正データを減算することにより行なう。
画像処理部122は、暗電流補正後のX線画像に対して画像処理を実施する。なお、画像処理としては、例えば、強調処理、ダイナミックレンジ圧縮処理、ノイズ低減処理、階調処理などが挙げられる。画像表示部123は、画像処理部122により画像処理されたX線画像の表示を行なう。
撮影制御部121は、X線撮影装置100における撮影処理を統括制御する。なお、図1では、不図示であるが、撮影制御部121は、各構成部と接続されている。撮影制御部121は、例えば、X線検出部101の駆動、X線照射部120によるX線の照射、等の処理を制御する。
以上が、X線撮影装置100の構成の一例についての説明であるが、この装置内に設けられる構成は、必ずしも上記図示した通りに実現される必要はない。例えば、上述した各機能構成を、複数の装置にそれぞれ配し、システムとして実現するようにしてもよい。

次に、図2〜4を用いて、図1に示すX線撮影装置100における撮影処理の一例について説明する。図2は、図1に示すX線撮影装置100の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図3は、暗電流画像の概要の一例を示す図であり、図4は、暗電流画像内のある1つの画素の画素値が変化する概要の一例を示す図である。
この処理が開始すると、X線撮影装置100は、まず、フレームレート設定部119において、X線画像撮影時のフレームレートFrを設定する(S201)。フレームレートFrの設定値は、撮影手技に応じて自動的に設定される。ここでは、例えば、フレームレートFrを60[fps]に設定する。
フレームレートの設定が済むと、X線撮影装置100は、照射遅延設定部103において、撮影の開始指示からX線照射開始までの時間を示す照射遅延時間Tdを設定する(S202)。ここで、照射遅延時間を長く設定した場合には、暗電流成分の安定した状態で暗電流画像を取得できるため、撮影画像の画質が向上する。また、照射遅延時間を短く設定した場合には、X線照射が速やかに行なわれるため、操作性が向上する。照射遅延時間の設定値やその設定方法は、特に問わないが、本実施形態においては、予め定められた固定値(Td=0.3[秒])を装置側で自動的に設定することとする。
次に、X線撮影装置100は、撮影開始指示部102において、X線画像の撮影の開始を指示する(S203)。上述した通り、この指示は、例えば、操作者による操作(X線曝射スイッチの押下)に基づいてなされる。
撮影開始が指示されると、X線撮影装置100は、撮影制御部121において、X線検出部101を駆動させる(S204)。また、X線撮影装置100は、暗電流画像取得部104において、S203の処理における撮影の開始指示の後、照射遅延時間Tdが経過するまでの間、X線検出部101により検出される複数の暗電流画像を取得する(S205)。図3は、ステップS205における暗電流画像の取得処理を模式的に示している。横軸は、撮影の開始指示からの経過時間を示し、Id1、Id2、Id3…Idnは、フレームレートFrで取得された各暗電流画像を示している。暗電流画像は、座標(x、y)により特定される画素の各々に画素値p(x,y)を保持している。
次に、X線撮影装置100は、解析部110において、複数の暗電流画像の各画素値の時間方向の変化を表わす暗電流関数Fxy(t)を生成する(S206)。具体的には、図4に示すように、各暗電流画像Id1、Id2、Id3…Idn内のある座標(x,y)の画素値p(x,y)を既知のデータとし、その時間方向の変化を表わす暗電流関数Fxy(t)を生成する。暗電流関数Fxy(t)は、暗電流画像における全ての座標(x,y)に対して生成する。
ここで、複数の既知のデータから近似関数(この場合、暗電流関数Fxy(t))を生成する方法は、種々知られており、その方法は特に問わない。本実施形態においては、暗電流成分の1つの代表的な特徴である経過時間の増加に対して、単調非増加又は単調非減少である特徴を有するとともに、経過時間の無限大において一定値に収束する特徴を有する近似関数を生成する。例えば、指数関数モデル「Fxy(t)=A・exp(B・t)+C、からA、B、Cを推定する(tは、撮影の開始指示からの経過時間を示す)。これにより、近似関数を生成する。ここで、Cは、経過時間無限大における収束値を表わしている。仮に、Cが既知であれば、最小二乗法によりA、Bを推定でき、また、その近似関数の適合指標の1つであるR−2乗値を算出できることが知られている。そこで、Cに対してある初期値を与え、Cを変化させながらからR−2乗値が最大となるA、Bを探索する。これにより、暗電流関数Fxy(t)を生成することができる。また、複数の関数モデルにより上記推定を行なわせ、それら関数モデルを近似関数の候補とし、その中から適合指標の優れたものを選択するようにしても構わない。
暗電流関数の生成が済むと、X線撮影装置100は、X線照射部120において、X線の照射を開始する(S207)。この照射は、撮影制御部121からの制御に基づいて行なわれる。照射されたX線は、被写体(不図示)を減衰しながら透過し、X線検出部101に到達する。これにより、X線検出部101には、被写体のX線像を示す電荷が蓄積される。
X線の照射が開始すると、X線撮影装置100は、S208〜S212までの処理を繰り返し、X線画像撮影処理を行なう。この処理は、S202の処理で設定されたフレームレートFrの頻度で実施される。X線画像撮影処理が開始すると、X線撮影装置100は、まず、X線画像取得部105において、X線検出部101に蓄積された被写体のX線像をX線画像として取得する(S208)。そして、X線撮影装置100は、暗電流補正データ生成部106において、S207の処理で生成した暗電流関数Fxy(t)と、撮影の開始指示からの経過時間tとに基づいて暗電流補正データを生成する(S209)。具体的には、暗電流画像の各座標(x,y)の画素各々に対応して生成された暗電流関数Fxy(t)に経過時間tを入力し、その出力値を求める。そして、その出力値を対応する画素の画素値として画像化する。これにより、暗電流補正データが生成される。
暗電流補正データの生成が済むと、X線撮影装置100は、暗電流補正部107において、暗電流補正処理を実施し補正画像を得る(S210)。すなわち、S208の処理で取得したX線画像各々から、当該X線画像各々に対応して生成した暗電流補正データを減算する。ここで、減算とは、画像間の対応する座標の画素の画素値間演算を行なうことを指す。
X線撮影装置100は、画像処理部122において、補正後のX線画像各々に対して画像処理を実施した後(S211)、画像表示部123において、当該画像処理されたX線画像を表示する(S212)。
その後、X線撮影装置100は、撮影終了の指示が発生したか否かを判定する。撮影終了の指示は、例えば、操作者による操作(X線曝射スイッチの解除)に基づいてなされる。ここで、撮影終了が指示されていれば(S213でYES)、この処理を終了するが、撮影終了の指示がなければ(S213でNO)、再度、S208の処理に戻る
なお、撮影終了の指示は、必ずしも操作者による操作に基づく必要はなく、例えば、予め定められた撮影時間を経過した時点で自動的に撮影終了が指示されてもよい。
以上説明したように実施形態1によれば、撮影の開始が指示されてからX線を照射するまでの間に検出された複数の暗電流画像に基づいて補正データを生成し、その補正データを用いて暗電流補正処理を実施する。これにより、本構成を有さない場合よりも、撮影時の状況に応じた高精度な暗電流補正を実施できる。そのため、例えば、X線検出部を常に駆動させることにより暗電流を補正する構成においては、消費電力の増加や製品寿命の短縮を招いたが、このような問題も起こらない。また、撮影時の状況を監視するための新たな構成を設ける必要もない。
(実施形態2)
次に、実施形態2について説明する。図5は、実施形態2に係わるX線撮影装置100の構成の一例を示す図である。実施形態1を説明した図1との相違点としては、被写体に関する撮影情報を入力する撮影情報入力部508が設けられている点である。なお、その他の構成は、実施形態1と同様の構成となるため、ここではその説明は省略し、相違点を重点的に説明する。
次に、図6及び図7を用いて、実施形態2に係わるX線撮影装置100における撮影処理の一例について説明する。図6は、実施形態2に係わるX線撮影装置100の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図7は、撮影部位と照射遅延時間との対応関係の一例を示す図である。
この処理が開始すると、X線撮影装置100は、まず、撮影情報入力部508において、装置外部(又は装置内部)から撮影情報を入力するとともに、その撮影情報を照射遅延設定部103に送信する(S601)。撮影情報とは、例えば、撮影手技、撮影部位、撮影体位、X線照射条件(放射線照射条件)、撮影依頼元、被写体(被検査体)のサイズ、被写体の年齢などが挙げられる。本実施形態においては、撮影情報が撮影部位(例えば、胸部、腹部、四肢、小児胸部、頭部)である場合を例に挙げて説明する。撮影情報の入力は、例えば、操作者による操作パネル等を介した操作に基づいて行なわれる。なお、撮影部位や撮影体位等の情報であれば、例えば、パターンマッチング処理等により装置側で自動的に認識するようにしてもよい。
X線撮影装置100は、続いて、フレームレート設定部119において、X線画像撮影時のフレームレートFrを設定する(S602)。フレームレートFrの設定値は、撮影手技に応じて自動的に設定される。ここでは、例えば、フレームレートFrを60[fps]に設定する。
フレームレートの設定が済むと、X線撮影装置100は、照射遅延設定部103において、照射遅延時間Tdを設定する(S603)。本実施形態においては、S601の処理で入力された撮影情報(この場合、撮影部位)に基づいて照射遅延時間を設定する。これにより、画質と操作性とを最適に制御する。撮影部位に基づく照射遅延時間の設定は、例えば、図7に示すテーブル等を用いて行なう。図7に示すテーブルを用いる場合、例えば、撮影部位が「小児胸部」であれば、Td=0.1[秒]と比較的短い時間が設定されることになる。「小児胸部」を撮影する場合、撮影開始のタイミングが重要となるためである。
次に、X線撮影装置100は、撮影開始指示部102において、X線画像の撮影の開始を指示する(S604)。上述した通り、この指示は、例えば、操作者による操作(X線曝射スイッチの押下)に基づいてなされる。なお、このS604以降の処理は、実施形態1を説明した図2のS203以降の処理と同様となるため、その説明については省略する。
以上説明したように実施形態2によれば、撮影情報を入力し、その入力した撮影情報に基づいて撮影遅延時間を設定する。これにより、X線撮影装置の操作性とその撮影画像の画質とを両立させた撮影処理が可能になる。
以上が本発明の代表的な実施形態の一例であるが、本発明は、上記及び図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
なお、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記録媒体等としての実施態様を採ることもできる。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
また、上述した処理を、コンピュータにインストールされたプログラムにより実施するように構成してもよい。なお、このプログラムは、ネットワーク等の通信手段により提供することは勿論、CD−ROM等の記録媒体に格納して提供することも可能である。

Claims (8)

  1. 被写体を透過した放射線を検出する放射線検出手段と、
    撮影の開始指示から所定時間が経過するまでの間に取得された複数の暗電流画像の各画素値の撮影の開始指示からの時間変化を表すモデルを生成するモデル生成手段と、
    前記各画素値の時間変化を表すモデルに基づいて前記撮影の開始指示から放射線画像の撮影までの経過時間に対応した補正データを生成する補正データ生成手段と、
    前記補正データを用いて、前記放射線画像に対して暗電流補正処理を実施する補正手段と
    を具備することを特徴とする放射線撮影装置。
  2. 放射線画像の撮影の開始を指示する指示手段と、
    前記指示手段により撮影の開始が指示されてから放射線の照射が開始されるまでの前記所定時間を設定する設定手段と、
    前記指示手段による撮影の開始指示から前記設定手段により設定された所定時間が経過するまでの間、前記放射線検出手段による検出に基づいて複数の暗電流画像を取得する暗電流画像取得手段と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影装置。
  3. 前記設定手段により設定された所定時間の経過後、前記放射線検出手段により検出される放射線に基づく放射線画像を取得する放射線画像取得手段と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項2に記載の放射線撮影装置。
  4. 前記モデルは、前記複数の暗電流画像の時間方向への変化を表わす関数であり、
    前記経過時間の増加に対して、単調非増加又は単調非減少の特徴を有するとともに、前記経過時間の無限大において一定となる特徴を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影装置。
  5. 前記設定手段は、
    前記被写体に関する撮影情報に基づいて前記指示手段による撮影の開始指示から放射線の照射が開始されるまでの時間を設定する
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の放射線撮影装置。
  6. 前記撮影情報は、
    撮影手技、撮影部位、撮影体位、放射線照射条件、撮影依頼元、被写体のサイズ、被写体の年齢の少なくとも1つを含む
    ことを特徴とする請求項5記載の放射線撮影装置。
  7. 前記補正手段により暗電流補正処理がなされた放射線画像に対して画像処理を行なう画像処理手段と、
    前記画像処理手段により処理された放射線画像を表示する表示手段と
    を更に具備することを特徴とする請求項1記載の放射線撮影装置。
  8. 被写体を透過した放射線を検出する放射線検出手段を有する放射線撮影装置の暗電流補正方法であって、
    撮影の開始指示から所定時間が経過するまでの間に取得された複数の暗電流画像の各画素値の撮影の開始指示からの時間変化を表すモデルを生成するモデル生成工程と、
    前記各画素値の時間変化を表すモデルに基づいて前記撮影の開始指示から放射線画像の撮影までの経過時間に対応した補正データを生成する補正データ生成工程と、
    前記補正データを用いて、前記放射線画像に対して暗電流補正処理を実施する補正工程と
    を含むことを特徴とする放射線撮影装置の暗電流補正方法。
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