JPWO2007125691A1 - Ｘ線画像診断装置 - Google Patents

Abstract

本発明のX線画像診断装置は、X線発生部(1)によってX線が照射されない時のX線平面検出器(2)の出力を用いてオフセット補正データを求める補正データ作成部(411)と、前記作成されたオフセット補正データに基づき前記X線平面検出器(2)の使用環境によるオフセット補正データの変動が所定の範囲外にある画素を検出する画素検出部(414)と、前記検出された画素のオフセット補正データに対して所定のデータ補正を行い、オフセット補正部(413)に出力する画素補正部(416)と、前記データ補正されたオフセット補正データがオフセット補正部(413)によって前記X線画像データから減算された画像データを表示する画像表示部(5)と、を備える。

Description

本発明は、X線平面検出器（FPD：Flat Panel Detector）を備えるX線画像診断装置に係り、特にFPDのオフセット補正の改良技術に関する。

X線画像診断装置は、被検体の透過X線をFPDによりX線画像データへ変換出力し、その出力されたX線画像データをモニタに表示する。

FPDは、複数個の検出素子がX線画像データの各画素に対応してマトリクス状に配置され、スイッチング素子を介して所望の画素が読み出せるようになっている。この検出素子は、X線の入射に伴い光を発生するシンチレータ（例えばヨウ化セシウム）と、このシンチレータから出力される光信号を電荷に変換するフォトダイオードと、変換された電荷を蓄積するコンデンサと、を備えている。つまり、X線画像データの各画素は、それぞれの検出素子のコンデンサに蓄積された電荷に対応するので、スイッチング素子を駆動して所望の画素に対応する電荷を読み出すことにより、X線画像データを得る。

ところで、FPDではX線が照射されていないときでも、検出素子の回路部分に流れる暗電流を含むオフセット補正データによってコンデンサに電荷が蓄積され、その蓄積された電荷はノイズ成分であり、X線画像の画質を劣化させる要因の一つとなる。

この画質劣化の対策は、特許文献１に記載されるように、FPDから出力される撮影画像データから、このオフセット補正データを減算している。

特開2002-159481号公報

しかしながら、FPDのオフセット補正データは、温度依存性が大きく、具体的には回路部分自体からの発熱や、検出器周辺の温度変化により、その電流量が変化する。この暗電流量の変化量が所定の閾値より大きい場合は、従来のオフセット補正では対応できないことがあるという未解決の問題があった。

本発明の目的は、FPDにおけるオフセット補正データの変化量が所定の閾値より大きい場合でも、良好な画質が得られるX線画像診断装置を提供することにある。

本発明のX線画像診断装置は、X線を被検体に照射するX線発生手段と、前記X線発生手段と対向配置され前記被検体の透過X線をX線画像データとして変換出力するX線平面検出器と、前記X線発生手段によってX線が照射されない時の前記X線平面検出器の出力を用いてオフセット補正データを求める補正データ作成手段と、前記X線画像データから前記オフセット補正データを減算するオフセット補正手段と、を備えたX線画像診断装置において、前記作成されたオフセット補正データに基づき前記X線平面検出器の使用環境によるオフセット補正データの変動が所定の範囲外にある画素を検出する画素検出手段と、前記検出された画素のオフセット補正データに対して所定のデータ補正を行い、前記オフセット補正手段に出力する画素補正手段と、前記データ補正されたオフセット補正データが前記オフセット補正手段によって前記X線画像データから減算された画像データを表示する画像表示部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、FPDにおけるオフセット補正データの変化量が所定の閾値より大きい場合でも、良好な画質が得られるX線画像診断装置を提供することができる。

本発明の実施の形態1を示す機能ブロック図。 図1における動作手順を示すフローチャート。 撮影画像における3×3画素の領域を示す模式説明図とその領域における3つの画素の輝度値のばらつきを示すグラフ。 本発明の実施の形態2を示す機能ブロック図。 図4における動作手順を示すフローチャート。 実施の形態3における動作手順を示すフローチャート。

符号の説明

1…X線発生部、2…X線平面検出器（FPD）、3…操作パネル部、4…画像処理装置、5…画像表示部、P…被検体。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（実施の形態1）
＜装置構成＞
本発明の実施の形態1のX線画像診断装置は、図１に示すように、X線発生部１と、X線発生部１と対向配置されるFPD 2と、X線画像診断装置の操作者の操作室に設置される操作パネル部3と、X線発生部１から操作パネル部3までの各構成要素と接続される画像処理装置4と、画像処理装置4と接続される画像表示部5を備える。

X線発生部1は、X線を発生するX線管と、該発生されたX線の照射範囲のみにX線が照射されるように、その照射範囲外のX線を遮蔽するX線絞りとを有している。FPD2はX線発生手段１に対向配置され、X線発生部１から照射されたX線の入射により、その入射X線をX線画像データとして変換出力する。撮影時、被検体PはX線発生部１とFPD2の間に位置され、X線発生部１から照射されたX線が被検体Pを透過して、その透過X線がFPD2に入射されることでX線画像が得られる。この撮影に必要な撮影条件（管電圧や管電流時間積など）は、操作パネル部3から操作者によって入力設定される。FPD2から変換出力されたX線画像データは、一旦画像処理装置4内の画像データ記憶手段410に記憶される。この記憶手段410は、被検体Ｐの撮影画像はもちろん、後述するオフセット画像も記憶する。そして、この記憶手段410から読み出されたX線画像データを用いて画像処理装置4により各種画像処理が施され、その画像処理後のX線画像がディスプレイなどの画像表示部5に表示される。

この画像処理装置4は、補正データ作成部411と、補正データ作成部411に接続される補正データ記憶部412と、補正データ記憶部412に接続されるオフセット補正部413と、を備えている。

補正データ作成部411は、FPD2の暗電流量からオフセット補正するための補正データを作成する。この暗電流量の読み出しは、被検体Ｐの不存在下でかつX線を照射しない状態での画像（オフセット画像）を複数枚取得することで行う。このオフセット画像の取得は、非撮影時に適時行われる。そして、それら複数枚のオフセット画像の平均画像を補正データとしている。

補正データ記憶部412は、補正データ作成部411によって作成された補正データが記憶される。補正データ記憶部412中の補正データは、温度などの装置の使用環境の変化を反映させるために適宜更新される。

オフセット補正部413は、被検体Pの撮影画像から補正データを減算することでオフセット補正処理を行う。

さらに、この画像処理装置4は、画像データ記憶部410に接続される変動画素検出部414と、変動画素検出部414に接続される位置情報記憶部415と、オフセット補正部413及び位置情報記憶部415に接続される変動画素補正部416も備えている。

変動画素検出部414は、暗電流量の変動量が大きい変動画素を検出する。ここでは、撮影直前のオフセット画像の各画素値と、それ以前に取得した複数枚のオフセット画像の平均画像における各画素値とを比較することで変動画素の検出を行う。例えば、撮影直前のオフセット画像の画素値が平均画像の画素値に対して10％以上の差異があった場合、その画素を変動画素と判定する。

位置情報記憶部415は、変動画素と判定された画素の位置情報を記憶する。FPD2の各画素は平面座標状に配列されているため、各画素の座標を位置情報として記憶すれば良い。

変動画素補正部416は、変動画素の出力に対して次の補正を行う。ここでは、オフセット補正の行われた暗電流補正画像において、変動画素を中心とする3×3画素の領域における非変動画素の平均画素値を変動画素の画素値とする補正を行う。

その他、画像処理装置4は、変動画素補正部416に接続されるゲイン補正部417と、ゲイン補正部417に接続される欠陥画素補正部418と、欠陥画素補正部418に接続される欠陥画素情報記憶部419と、を備えている。

ゲイン補正部417は、FPD2の予め規定された感度特性データに基づいてX線の入射線量とFPD2の各画素の出力値の関係を補正する。

欠陥画素補正部418は、欠陥画素情報記憶部419に記憶された欠陥画素の位置情報に基づいて、その欠陥画素の出力を補正する。例えば、ゲイン補正処理後の画像データに対して、欠陥画素を中心とする3×3画素の領域における非欠陥画素の平均画素値を欠陥画素の画素値とする補正を行う。

＜処理手順＞
このような装置において、変動画素を検出し、その画素の出力値に適切な補正を行う手順を図2のフローチャートに基づいて説明する。なお、装置の各部は図1を参照する。なお、画像処理装置4は、X線画像診断装置全体を統括制御する。

画像処理装置4は、被検体Pの撮影に先立って複数枚のオフセット画像を取得し、その画像を画像データ記憶部410に記憶する。（ステップS1）
画像処理装置4は、画像データ記憶部410に記憶されたオフセット画像を用いて、変動画素検出部414で変動画素を検出する。具体的には、オフセット画像のうち、撮影直前のオフセット画像の画素値を、それ以前の複数枚のオフセット画像を平均化した画像の画素値（しきい値）と比較して変動画素を検出する。ここでは、撮影直前のオフセット画像の画素値がしきい値から10％以上大きければ変動画素であると判断することとする。（ステップS2）。

画像処理装置4は、変動画素が検出されれば、その画素の位置情報を位置情報記憶部415に記憶する。（ステップS3）
画像処理装置4は、操作者の操作に基づいて被検体Pが撮影され、その撮影画像が取得され、その撮影画像は画像データ記憶部410に記憶される。（ステップS4）。

画像処理装置4は、補正データ記憶部412からオフセット補正データを読み出し、オフセット補正手段413により撮影画像から補正データを減算してオフセット補正処理を行う（ステップS5）。

画像処理装置4は、オフセット処理された暗電流補正画像の変動画素の画素値を、変動画素補正部416で補正させる（ステップS6）。
具体的には、位置情報記憶手段415に記憶されている変動画素の位置情報を読み出し、その変動画素を中心とする3×3画素の領域のうち、非変動画素の平均画素値を変動画素の画素値とする補正を行う。

変動画素補正の手順は次のとおりである、まず、画像処理装置4は、位置情報記憶部415に変動画素の位置情報が記憶されているか否かを判断し、位置情報があればその位置情報に対応した画素の出力値に対して変動画素補正処理を行う。また、画像処理装置4は、位置情報がなければ変動画素補正処理を行わない。

この変動画素補正処理を行った後、画像処理装置4は、ゲイン補正部417によりゲイン補正処理を行う（ステップS7）。さらに、ゲイン補正処理後のゲイン補正画像に対して欠陥画素補正部418で欠陥画素補正処理を行う（ステップS8）。そして、画像処理装置4は、これらの補正処理を行った画像を画像表示部に表示する（ステップS9）。なお、ステップS7、S8は必要に応じて行うものであったり、順序として既に行われている場合は割愛でき、ステップS6（変動画素補正処理）後のステップS9（画像表示）も行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態1によれば、暗電流の変動量が大きい画素を特定し、その画素の画素値に対して変動画素補正部416による所定の補正を行うことで、X線平面検出器2における暗電流量の変動が大きい場合でも、良好な画質を得ることができる。

（変形例１）
上記実施の形態1では、撮影直前のオフセット画像の各画素値と、それ以前に取得した複数枚のオフセット画像の平均画像における各画素値とを比較することで変動画素の検出を行ったが、その代わりに撮影画像の所定領域における平均画素値から一定幅以上のずれた画素値となる画素を変動画素と判断してもよい。

図３(A)は撮影画像における3×3の画素で示される領域を示している。この領域のうち、縦、横、斜めのいずれかの画素群の画素値を図３(B)に示す。これらの図に示すように、一部の画素が変動画素（図３(A)のクロスハッチング表示）であれば、その出力値が他の正常画素に比べて大きくなるため、変動画素を検出することができる。例えば、横一列に並ぶ3つの画素の平均画素値から20％以上の差異があるものを変動画素と判断することが挙げられる。FPDの画素は、例えば約0.15mm角程度の大きさであり、撮影画像中に輝度値（画素値）の高い部分と低い部分とがあっても、隣接する画素の画素値が大きく異なることは稀であり、隣接する画素の画素値を比較することで変動画素を検知することができる。

（実施の形態2）
次に、特定の画素が所定回数以上変動画素として判定された場合に、その変動画素を欠陥画素と判断し、欠陥画素の出力に対して所定の補正を行う実施の形態を図4、図5に基づいて説明する。

＜装置構成＞
本実施形態では、図4に示すように、実施の形態１の構成に、カウンタ手段420と、欠陥画素追加手段421とを付加した点が主たる相違点であり、その他の構成は実施の形態１と同様である。カウンタ手段420は、変動画素検出部414及び位置情報記憶部415に接続され、欠陥画素追加手段421は位置情報記憶部415及び欠陥画素情報記憶部419に接続される。以下、実施の形態1との相違点を中心に説明する。

カウンタ部420は、変動画素検出部414で各画素が変動画素と判断された回数をカウントする。ここでは、本発明装置の利用開始時から変動画素検出部414で変動画素として判断された累積回数をカウンタ手段420でカウントする。その他、一定期間内おいて変動画素検出部414で変動画素として判断された回数をカウントするようにしてもよい。
そして、カウンタ部420は、そのカウント数を位置情報記憶部415に記憶させる。つまり、本形態の位置情報記憶部415は、カウンタ部420のカウント数の記憶の機能も兼ねている。

一方、欠陥画素追加部421は、カウンタ部420でのカウント数が所定のしきい値を超えた画素を欠陥画素と判断し、その欠陥画素の位置情報を欠陥画素情報記憶部419に記憶させる。ここでは、カウンタ手段420のカウント数が100以上となった画素を欠陥画素と判断する。

その他、本実施の形態2では、変動画素検出部414による変動画素の検出手法が実施の形態1とは異なる。ここでは、撮影画像における画素値を、その撮影画像の特定領域における画素値の平均値と比較し、その平均値から一定のしきい値以上外れた画素値の画素を見出すことで変動画素を検出する。より具体的には、3×3画素の領域における平均画素値からその20％以上外れた画素値を示す画素を変動画素と判断している。

＜処理手順＞
このような装置において、変動画素を検出し、その画素の出力値に適切な補正を行う手順を図５のフローチャートに基づいて説明する。なお、装置の各部は図４を参照する。

まず、画像処理装置4は、撮影画像を取得する（ステップS11）。次に、画像処理装置4は、変動画素検出手段414により、撮影画像における画素値を、その撮影画像の特定領域における画素値の平均値と比較し、変動画素を検出する（ステップS12）。

このとき、画像処理装置4は、変動画素と判断された画素は、その画素の位置情報と変動画素と判断された回数とを位置情報記憶部415に記憶する（ステップS13）。

画像処理装置4は、変動画素と判断された画素および変動画素と判断されなかった画素について、カウンタ部420によるカウント数がしきい値以上か否かの判断を行う（ステップS14）。例えば、画像処理装置4は、この判断においてカウント数が100回以上となった画素は欠陥画素であると判断され、その位置情報が欠陥画素追加部421に追加され、その追加された情報が欠陥画素情報記憶部419に記憶される（ステップS15）。

次に、画像処理装置4は、オフセット補正部413に全ての画素に対してオフセット補正を行わせる（ステップS16）。続いて、画像処理装置4は、変動画素に対しては変動画素補正部416により変動画素補正処理が行われる（ステップS17）。その際、画像処理装置4は、変動画素のうち、追加の欠陥画素と判断された画素の出力値には変動画素補正処理を省略する。この変動画素補正処理の内容は、実施の形態1における手順と同様である。さらに、変動画素補正処理後の画像データに対してゲイン補正処理が行われる（ステップS18）。この処理内容も実施の形態1における手順と同様である。

その後、画像処理装置4は、ゲイン処理画像に対して欠陥画素補正処理を行う。（ステップS19）ここでは、初期に欠陥画素情報記憶手段に記憶されている位置情報に対応した画素はもちろん、後発的に変動画素から欠陥画素として判断された画素の出力に対しても欠陥画素補正の処理が行える。この処理内容も実施の形態1で述べた手順と同様である。

そして、画像処理装置4は、画像処理された画像を表示部5により表示する（ステップS20）。

以上説明したように、本実施の形態2によれば、変動画素のうち、変動画素として判断される回数の多い画素を欠陥画素として扱うことで、後発的に生じる欠陥画素を的確に検出することができる。そして、その検出した欠陥画素の出力値に所定の補正を行うことで、暗電流量が不安定な画素があっても適切な画像を得ることができる。

（実施の形態3）
画像処理装置4が被検体を撮影しない際に一定数のオフセット画像を収集し、これらのオフセット画像から変動画素の検出及び欠陥画素の検出を行う実施形態3を説明する。

＜装置構成＞
本形態の装置構成は、図４と同様である。ただし、ここでの変動画素検出手段414は、オフセット画像における画素値を、そのオフセット画像の特定領域における画素値の平均値と比較し、その平均値から一定のしきい値以上外れた画素値の画素を見出すことで変動画素を検出する。より具体的には、3×3画素の領域における平均画素値からその20％以上の差異がある画素値を示す画素を変動画素と判断している。

＜処理手順＞
この装置での処理手順を図６に基づいて説明する。

まず、画像処理装置4は、夜中などの撮影を行わない時間帯にオフセット画像を取得する（ステップＳ31）。画像処理装置4は、その枚数を記録し、合計枚数が100枚になるまでオフセット画像の取得を続ける（ステップS32）。次に、画像処理装置4は、変動画素検出部414により、各オフセット画像の画素値を、同画像の3×3画素の領域における平均画素値と比較して、平均画素値から20％以上差異のある画素値を有する画素を変動画素と判断する（ステップＳ33）。画像処理装置4は、変動画素と判断された画素をその画素の位置情報と変動画素と判断された回数とを位置情報記憶部415に記憶する（ステップS34）。

次に、画像処理装置4は、変動画素として判断された画素および変動画素として判断されなかった画素について、100枚全ての画像で変動画素となった画素を欠陥画素と判断する（ステップS35）。画像処理装置4は、欠陥画素と判断された画素をその位置情報が欠陥画素位置情報記憶部419に記憶する（ステップS36）。

そして、実際に被検体を撮影する際には、画像処理装置4は、以上の動作から検出された変動画素、欠陥画素に対して実施の形態2と同様の補正処理（ステップS16〜S20）を施す。

この実施形態によれば、非撮影時にオフセット画像を取得することで、効率的に変動画素、欠陥画素の検出を行なうことができる。

また、オフセット補正の対象は、FPD2の暗電流量に限らず、FPD2の使用温度、回路構成による熱分布、周囲温度及び湿度、冷却器の取り付けなど、FPD2のX線非照射時におけるノイズ成分の変動に関連するあらゆる条件、要因を含むものである。

なお、本形態で取得するオフセット画像は、時系列に連続するオフセット画像でなくても良い。例えば、毎日収集したオフセット画像であってもよい。

その他、本発明は前記各説明の一部構成を適宜組み合わせても構わないし、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

本発明のX線画像診断装置は、X線画像の撮影に好適に利用することができる。特に、本発明は、一般撮影用X線装置はもちろん、透視撮影用X線装置にも利用することができる。

Claims (15)

1. X線を被検体に照射するX線発生手段と、
   前記X線発生手段と対向配置され前記被検体の透過X線をX線画像データとして変換出力するX線平面検出器と、
   前記X線発生手段によってX線が照射されない時の前記X線平面検出器の出力を用いてオフセット補正データを求める補正データ作成手段と、
   前記X線画像データから前記オフセット補正データを減算するオフセット補正手段と、を備えたX線画像診断装置において、
   前記作成されたオフセット補正データに基づき前記X線平面検出器の使用環境によるオフセット補正データの変動が所定の範囲外にある画素を検出する画素検出手段と、
   前記検出された画素のオフセット補正データに対して所定のデータ補正を行い、前記オフセット補正手段に出力する画素補正手段と、
   前記データ補正されたオフセット補正データが前記オフセット補正手段によって前記X線画像データから減算された画像データを表示する画像表示部と、
   を備えたことを特徴とするX線画像診断装置。
2. 前記画素検出手段は、前記X線平面検出器の暗電流量の変動する画素を変動画素として検出し、
   前記画素補正手段は、前記検出された変動画素に対して補正を行うことを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
3. 前記画素補正手段は、前記暗電流量の変動量を算出し、その変動量が所定値以上の画素を変動画素と判断して、その画素の位置情報を出力することを特徴とする請求項2に記載のX線画像診断装置。
4. 前記画素検出手段は、撮影直前におけるオフセット補正データを示すオフセット画像の画素値を、それよりも前に取得した複数枚のオフセット画像の加算平均画像の画素値と比較し、オフセット補正データの変動量を検出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
5. 前記画素検出手段は、撮影直前におけるオフセット補正データを示すオフセット画像の画素値を、そのオフセット画像における特定領域の画素値の平均値と比較し、オフセット補正データの変動量を検出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
6. 前記画素検出手段は、撮影画像における画素値を、その撮影画像の特定領域における画素値の平均値と比較し、暗電流量の変動量を検出することを特徴とする請求項１に記載のX線画像診断装置。
7. 前記画素検出手段は、前記オフセット補正手段により補正がなされた暗電流補正画像における画素値を、その暗電流補正画像の特定領域における画素値の平均値と比較し、オフセット補正の変動量を検出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
8. 前記画素検出手段は、ゲイン補正がなされたゲイン補正画像における画素値を、そのゲイン補正画像の特定領域における画素値の平均値と比較し、暗電流量の変動量を検出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
9. 前記変動画素のオフセット補正データの変動状態が安定しているか否かを判定する安定性判定手段と、
   安定性判断手段により不安定であると判断された場合に、その変動画素の位置情報を欠陥画素の位置情報として追加する欠陥画素情報追加手段と、
   この追加された位置情報に基づき欠陥画素の出力に対して欠陥画素としての補正を行う欠陥画素補正手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
10. 前記安定性判定手段は、前記変動画素検出手段により変動画素と判断された回数、または変動画素補正手段により変動画素として補正が行われた回数を計測して記録するカウンタ手段であって、
    前記欠陥画素情報追加手段は、カウンタ手段によって計測された回数が所定値以上の場合に、その変動画素を欠陥画素と判断して、その位置情報を欠陥画素情報記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項9に記載のX線画像診断装置。
11. 前記画素検出手段は、被検体の撮影が行われるとき以外に、変動画素を検出することを特徴とする請求項1に記載のX線画像診断装置。
12. X線平面検出器の暗電流量を用いてオフセット補正データを求める補正データ作成手段と、
    前記X線平面検出器の暗電流量の変動する画素を検出する変動画素検出手段と、
    前記検出された変動画素の位置情報を記憶する位置情報記憶手段と、
    X線を被検体へX線発生手段により照射し、前記X線発生手段と対向配置され前記被検体の透過X線をX線画像データとしてX線平面検出器により変換出力することでX線画像データを取得し、この取得されたX線画像データを記憶する画像データ記憶手段と、
    前記記憶されたX線画像データから前記補正データ作成手段によって作成されたオフセット補正データを減算するオフセット補正手段と、
    前記検出された変動画素に対して補正を行う変動画素補正手段と、
    前記補正された画素をX線画像データとして表示する画像表示部と、を備えたことを特徴とするX線画像診断装置。
13. 前記変動画素の暗電流量の変動状態が安定しているか否かを判定する安定性判定手段と、
    安定性判断手段により不安定であると判断された場合に、その変動画素の位置情報を欠陥画素の位置情報として追加する欠陥画素情報追加手段と、
    この追加された位置情報に基づき欠陥画素の出力に対して欠陥画素としての補正を行う欠陥画素補正手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載のX線画像診断装置。
14. 前記安定性判定手段は、前記変動画素検出手段により変動画素と判断された回数、または変動画素補正手段により変動画素として補正が行われた回数を計測して記録するカウンタ手段であって、
    前記欠陥画素情報追加手段は、カウンタ手段によって計測された回数が所定値以上の場合に、その変動画素を欠陥画素と判断して、その位置情報を欠陥画素情報記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項13に記載のX線画像診断装置。
15. 前記変動画素検出手段は、被検体の撮影が行われるとき以外に、変動画素を検出することを特徴とする請求項12に記載のX線画像診断装置。

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