JPWO2011048629A1 - 放射線撮像装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の放射線撮像装置は、放射線を検出する画素が2次元アレイ状に配列されている放射線検出器から出力される検出値に対して、画像補正部33にて放射線検出器から出力される検出値を画素ごとにオフセットの補正をする。さらに、この画像補正部33は、検出値に含まれるノイズ成分を保持してオフセットの補正をする。これより、放射線検出器から出力される検出値に含まれるノイズを定量的に評価する場合、正のノイズだけでなく負のノイズをも考慮して計算することができるので、正確に評価をすることができる。

Description

本発明は、医療分野や非破壊検査、およびRI(Radio Isotope)検査などの産業分野で用いられる放射線撮像装置に係り、特に、ノイズ量を正確に評価できる放射線撮像装置に関するものである。
従来、放射線撮像装置に備わる放射線検出器として、放射線変換層が積層されているアクティブマトリックス基板を備えた放射線平面検出器が広く使われている。ここで放射線の中でも特にX線を例に採って説明する。X線平面検出器にアクティブマトリックス基板を用いると、アクティブ素子ごとにX線を検出する検出画素を形成することができる。すなわち、検出画素ごとに、X線の強度値を測定することができる。
X線変換層に半導体層を用いると、X線変換層に入射したX線が電荷信号(キャリア)へ変換される。この変換された電荷信号は検出画素ごとにコンデンサに蓄積される。蓄積された電荷信号はアクティブマトリックス基板により検出画素ごとに読み出される。読み出された電荷信号は電圧信号へ変換されるとともに増幅される。この電圧信号を基に、画像処理部にて透視画像が構成される。
このようにして画像処理部に送られる電圧信号には電気回路ノイズが含まれる。ここで、画像処理部に送られる電圧信号を画像信号と称し、各検出画素に対応する画像信号の値を画素値と称し、1フレーム分の画素値から構成されるデータを画像データと称す。画像処理部では、この電気回路ノイズを除去するために、X線がX線平面検出器に照射されていない時の暗画像におけるノイズ信号をオフセット成分として取得している。例えば、特許文献1では、撮像して得た画像信号からオフセット成分を除去するオフセット補正がなされている。
特開平7−72256号公報
近年、IVR(Interventional Radiology)等に伴い、動画撮像を実施することが多くなっている。この動画撮像時には、フレーム遅れのラグ(残像)が生じる問題がある。そこで、このラグを正確に評価する必要性が高まってきている。
このラグを正確に評価する一つの指針としてDQE(Detective Quantum efficiency、検出量子効率)による評価がある。DQEとは、入力と出力とのS/Nの二乗の比である。このDQEによる評価をするには、暗画像における画像データに含まれるノイズを定量的に評価する必要がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放射線が無入力時のノイズを定量的に評価することのできる放射線撮像装置を提供することを目的とする。
本願の発明者は鋭意研究した結果、次の知見を得ることができた。すなわち、従来のオフセット補正を実施すると、X線の照射にかかわらず、オフセット補正後の画素値には負の値が含まれない。取得した画像データからそのオフセット成分を差し引くデジタル補正をする際に、図7に示すように、オフセット補正により画素値がゼロ未満の負の値になる場合は、負の値となる画素値はゼロに置き換えられていた。このようなオフセット補正を実施しても、負の値の取り得る範囲が画素値の正の値の取り得る範囲と比較して格段に小さいので、通常の画像診断では問題がない。負の値となった画素値をゼロとすることで、画像データの取扱いが容易であり、画像処理の負担が低減される。
しかしながら、DQEの評価をする際、オフセット補正により負のノイズ値が削除されているので正のノイズ値だけを基にして計算がされる。これでは、DQEにより正確な評価をすることができない。つまり、オフセット補正はDQEによる正確な評価をする妨げとなっている。
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、この発明に係る放射線撮像装置は、放射線を検出する画素が2次元アレイ状に配置された放射線検出器から出力される検出値を前記画素ごとにオフセットを補正して補正画像データを出力する画像補正部を備え、前記画像補正部は、前記検出値に含まれるノイズ成分を保持して前記オフセットの補正をすることを特徴とする。
この発明の放射線撮像装置によれば、放射線を検出する画素が2次元アレイ状に配列されている放射線検出器から出力される検出値に対して、画像補正部にて画素ごとにオフセットの補正をする。さらに、この画像補正部は、検出値に含まれるノイズ成分を保持して補正する。これより、放射線検出器から出力される検出値に含まれるノイズを定量的に評価する場合、正のノイズだけでなく負のノイズをも考慮して計算することができるので、正確に評価をすることができる。
さらに、画像補正部には、暗画像撮像時における検出値の画素ごとの時間平均であるオフセットパラメータを算出するオフセットパラメータ算出部と、暗画像撮像時における検出値の画素ごとの標準偏差である変動ノイズを算出する変動ノイズ算出部と、変動ノイズの値からノイズ振幅の負の値を保持するための補正定数を算出する補正定数算出部と、被検体を撮像した検出値からオフセットパラメータを減算し、さらに、補正定数を加算してオフセット補正値を算出するオフセット補正部と、オフセット補正値から補正定数を減算したものに画素の検出特性の違いを補正するゲイン補正係数を乗算し、さらに補正定数を加算して補正画像データを算出するゲイン補正部とを備えてもよい。
上記の構成とすることで、オフセットパラメータ算出部にて、暗画像撮像時における検出値の各画素の時間平均であるオフセットパラメータを算出することができる。また、変動ノイズ算出部にて、暗画像撮像時における検出値の各画素の標準偏差である変動ノイズを算出することができる。さらに、補正定数算出部にて、変動ノイズの値からノイズ振幅の負の値を保持するための補正定数を算出する。そして、オフセット補正部にて被検体を撮像した検出値からオフセットパラメータを減算し、さらに、補正定数を加算することでオフセット補正値を算出することができる。また、ゲイン補正部にて、オフセット補正値から補正定数を減算し、これに画素の検出特性の違いを補正するゲイン補正係数を乗算した上で補正定数を加算することで補正画像データを算出することができる。このようにして得られた補正画像には、負の値のノイズ値に補正定数が加算されるので、負の値のノイズ値が底上げされて補正画像データ中にノイズ振幅が正確に保管される。
また、補正定数算出部は、変動ノイズの3倍以上の値を基に補正定数を算出することが望ましい。これより、検出値に含まれるノイズ振幅は標準偏差の3倍以上の値内に含まれるので、負の値のノイズ値を正の値に底上げすることができる。また、補正定数を標準偏差の3倍の3σを基に算出してもよく、各画素の3σの最大値を補正定数としてもよい。
また、被検体の透視画像を表示する表示部と、補正定数の値を黒レベルの最低値または白レベルの最大値として補正画像データを表示部のダイナミックレンジに対応するように設定し、透視画像を構成する画像構成部とを備えてもよい。これより、表示部のダイナミックレンジを最大に利用することができ、透視画像のコントラストを上げることができる。
また、画像補正部には、暗画像撮像時における検出値の画素ごとの時間平均であるオフセットパラメータを算出するオフセットパラメータ算出部と、被検体を撮像した検出値からオフセットパラメータを減算してオフセット補正値を算出するオフセット補正部と、オフセット補正値に画素の検出特性の違いを補正するゲイン補正係数を乗算して補正画像データを算出するゲイン補正部とを備え、オフセット補正部およびゲイン補正部は正負の符号付き演算を実施し、ゲイン補正部でゲイン補正された補正画像データが正負の符号付きの画像データである構成でもよい。これより、補正画像が正負の符号付きの画像データであるので、暗画像時のノイズ信号が負の場合であっても、ノイズ信号を正確に補正画像上に保管することができる。
この発明に係る放射線撮像装置によれば、放射線が無入力時のノイズを定量的に評価することのできる放射線撮像装置を提供することができる。
実施例1に係るX線撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施例1に係るX線平面検出器の構成を示すブロック図である。 実施例1に係るX線平面検出器のX線変換層周辺部の概略縦断面図である。 実施例1に係る電荷電圧変換部の構成を示す回路図である。 実施例1に係る画像処理部の構成を示すブロック図である。 実施例2に係る画像処理部の構成を示すブロック図である。 従来例に係るオフセット補正後の画像出力の説明図である。
1 … X線管
3 … X線平面検出器(FPD)
5、34 … 画像処理部
9 … 表示部
27、36 … オフセットパラメータ算出部
28 … 変動ノイズ算出部
29 … 固定値算出部
30、37 … オフセット補正部
31、38 … ゲイン補正部
32 … 画像構成部
33、40 … 画像補正部
DU … 検出画素
以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。
図1は実施例1に係るX線撮像装置の全体構成を示すブロック図であり、図2はX線撮像装置に備わるX線平面検出器の構成を示すブロック図であり、図3はX線平面検出器のX線変換層周辺部の概略縦断面図である。実施例1では、入射する放射線としてX線を例に採って説明するとともに、放射線撮像装置としてX線撮像装置を例に採って説明する。
<X線撮像装置>
図1に示すように、X線撮像装置は、撮像対象である被検体MにX線を照射するX線管1と、被検体Mを載置させる天板2と、被検体Mを透過したX線量に応じてX線を電荷信号に変換することでX線を検出し、さらに、この電荷信号を電圧信号に変換して出力するX線平面検出器(以下、FPDと称す)3と、FPD3から出力される電圧信号をアナログからデジタルへ変換するA/D変換器4とを備えている。
また、X線撮像装置は、A/D変換器4で変換されたデジタルの電圧信号を処理して透視画像を構成する画像処理部5と、X線撮像に関する種々の制御を行う主制御部6と、主制御部6での制御に基づいてX線管1に発生させる管電圧や管電流を制御するX線管制御部7と、X線撮像に関する様々な入力設定を行うことが可能な入力部8と、画像処理部5で得られた透視画像などを表示する表示部9と、画像処理部5で得られた透視画像などを記憶する記憶部10とを備えている。
入力部8は、キーボード、マウスおよびジョイスティックから構成される。表示部9はCRTまたは液晶モニタから構成される。記憶部10は、ROMまたはRAMから構成される。画像処理部5、主制御部6およびX線管制御部7は中央演算装置(CPU)から構成される。画像処理部5、主制御部6および記憶部10はホストコンピュータ内に構成されてもよい。次に、X線撮像装置の各部構成を詳細に説明する。
図2に示すように、FPD3には、複数の検出画素DU(x,y)、ゲート駆動回路13、電荷電圧変換部14、サンプル・ホールド部15、マルチプレクサ16とが備えられている。これら複数の検出画素DU(x,y)はゲート線GL1〜GL10によりゲート駆動回路13と接続され、データ線DL1〜DL10により電荷電圧変換部14と接続されている。検出画素DU(x,y)は本発明における画素に相当し、FPD3は本発明における放射線検出器に相当する。
検出画素DU(x,y)は、入射されたX線に感応して電荷信号を出力するものであり、X線が入射されるX線検出部XDに縦横の2次元マトリックス状に配列されている。なお、添え字の(x,y)は各検出画素DUの位置を示している。また、図2においては、検出画素DU(x,y)が縦(Y)方向に10行、横(X)方向に10列の2次元マトリックス状に配列したものを一例として図示しているが、実際のX線検出部XDには検出画素DU(x,y)が、例えば、縦4096・横4096程度に2次元マトリックス状に配列されて用いられる。
図3に示すように、検出画素DU(x,y)は、高電圧のバイアス電圧Vaが印加される電圧印加電極18と、入射したX線から電荷信号へ変換するX線変換層19とX線変換層19で変換された電荷信号の読み出し(出力)を行うアクティブマトリックス基板20とを備えている。
X線変換層19は、X線感応型半導体からなり、例えば、α−Se(アモルファスセレン)や、多結晶化合物半導体であるCdTe(テルル化カドミウム)またはCdZnTe(テルル化亜鉛カドミウム)等で形成されている。X線変換層19にX線が入射すると、このX線のエネルギーに比例した所定個数の電荷信号(キャリア)が直接生成される構成となっている。すなわち、FPD3は直接変換型のX線平面検出器である。また、生成された電荷信号は、電圧印加電極18にバイアス電圧Vaが印加されていることでX線変換層19内に発生する電界により、画素電極22ごとに収集される。
アクティブマトリックス基板20は図3に示すように、絶縁性のガラス基板21が設けられ、このガラス基板21上には、画素電極22ごとに収集された電荷信号を蓄積するコンデンサCa、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(以下TFTと称す)23、ゲート駆動回路13からTFT23を制御するためのゲート線GL1〜GL10、TFT23から電荷信号が読み出されるデータ線DL1〜DL10とが設けられている。
ゲート駆動回路13は、検出画素DU(x,y)で検出された電荷信号を順次選択的に取り出すために、各検出画素DU(x,y)のTFT23を動作させるものである。ゲート駆動回路13は、検出画素DU(x,y)の横行ごとに共通して接続されるゲート線GL1〜GL10を順次選択してゲート信号を送る。この選択した行内の検出画素DU(x,y)のTFT23は、ゲート信号により一斉にスイッチオン状態になり、コンデンサCaに蓄積された電荷信号がデータ線DL1〜DL10を通り電荷電圧変換部14に出力される。
次に、電荷電圧変換部14には、図4に示すように、検出画素DU(x,y)の縦列ごとに設けられたデータ線DL1〜DL10に対応した数(図2では10個)の電荷電圧変換アンプ24が備えられている。電荷電圧変換アンプ24は、各検出画素DU(x,y)から出力された電荷信号を電圧信号に変換する電荷検出増幅回路(CSA:Charge Sensitive Amplifier)である。電荷電圧変換アンプ24にて、データ線DL1〜DL10から読み込まれた電荷信号を電圧信号に変換する。
電荷電圧変換部アンプ24には、電源電圧として+5Vおよび−5Vがそれぞれ印加されている。また、従来であれば、電荷電圧変換アンプ24への入力信号が負の値の場合、電荷電圧変換アンプ24はゼロ値を出力していた。すなわち、従来の電荷電圧変換アンプの出力幅は0Vから+5Vであった。しかし、実施例1では、電荷電圧変換アンプ24への入力信号が負の値の場合には、負の値の電圧信号を出力するように構成されている。つまり、電荷電圧変換アンプ24は、−5Vから+5Vの出力幅で出力する。このように、正負の符号を持った電圧信号を、サンプル・ホールド部15に出力する。
次に、サンプル・ホールド部15は、電荷電圧変換部14の電荷電圧変換アンプ24の個数に対応した数のサンプル・ホールド回路が設けられている。電荷電圧変換アンプ24から出力された電圧信号を予め決められた時間においてサンプリングし、予め決められた時間が経過した時点での電圧信号を保持(ホールド)し、安定した状態の電圧信号をマルチプレクサ16に出力するものである。サンプル・ホールド部15においても、電圧信号が正負どちらの値でも処理できる。
次に、マルチプレクサ16の内部には、サンプル・ホールド回路の数に対応した数のスイッチが設けられている。マルチプレクサ16はスイッチのいずれか一つを順次ON状態に切り替えて、各サンプル・ホールド回路から出力される電圧信号の一つずつを束ねた時分割信号として、A/D変換器4へ出力する。A/D変換器4は、マルチプレクサ16からの電圧信号について、所定のタイミングでサンプリングしてデジタルの電圧信号に変換し、画像処理部5に出力する。マルチプレクサ16およびA/D変換器4においても、電圧信号が正負どちらの値でも処理できる。
<画像処理部>
まず、画像処理部5へ入力される電圧信号からなる画像データについて説明する。放射線を照射しない時の暗画像を取得した場合に得られる暗画像データDI(x,y,t)は、時間変動ノイズを含まないオフセットパラメータIo(x,y)と時間変動ノイズIn(x,y,t)とで構成される。すなわち、暗画像データDI(x,y,t)は次のように表すことができる。
DI(x,y,t)=Io(x,y)+In(x,y,t) … (1)
ここで、時間変動ノイズを含まないオフセットパラメータIo(x,y)は、暗画像を数十枚程度取得して検出画素DU(x,y)ごとの暗画像データDI(x,y,t)の時間平均を演算することで算出することができる。オフセットパラメータIo(x,y)は、画像データに含まれるノイズの中でも時間変動しないノイズ成分ともいえる。
Io(x,y)=Ave[DI(x,y,t)] … (2)
つまり、時間変動ノイズIn(x,y,t)とは、その時間平均を算出するとゼロとなるノイズ信号である。
Ave[In(x,y,t)]=0 … (3)
画像処理部5に入力される電圧信号が負の値を持つのは、電気回路ノイズである時間変動ノイズIn(x,y,t)が原因である。そこで、この時間変動ノイズIn(x,y,t)の変動幅の分だけ、入力される電圧信号を底上げすると、オフセット補正後の画像データを正の値とすることができる。すなわち、各検出画素DU(x,y)の時間変動ノイズIn(x,y,t)の経時的な変動幅を標準偏差σとして算出し、さらにこの標準偏差σの3倍の値である3σを算出する。
時間変動ノイズIn(x,y,t)の経時的な標準偏差σを変動ノイズNs(x,y)とし、3σの値を揺らぎ値FA(x,y)とする。変動ノイズNs(x,y)は、数十枚程度取得した暗画像データDI(x,y,t)の各検出画素DU(x,y)ごとに標準偏差を算出することで得られる。さらに、検出画素DU(x,y)ごとに算出された変動ノイズNs(x,y)から算出される揺らぎ値FA(x,y)の全画素における最大値を固定値Mとする。固定値Mをオフセット補正およびゲイン補正の際に画素値に加算することで、放射線が照射されていないゼロ入力時のノイズも補正後の画像データに正確に残しつつ、補正後の画像データを正の値とすることができる。
Ns(x,y)=σ
=Stdev[In(x,y,t)] … (4)
=Stdev[DI(x,y,t)] … (5)
FA(x,y)=3・σ
=3・Ns(x,y) …(6)
次に、被検体を透過したX線による撮像画像データI(x,y,t)について説明する。
撮像画像データI(x,y,t)には、画像成分Ia(x,y,t)と時間変動ノイズを含んだオフセット成分Ib(x,y,t)から構成される。これより、撮像画像データI(x,y,t)は次のように表すことができる。
I(x,y,t)=Ia(x,y,t)+Ib(x,y,t) … (7)
また、オフセット成分Ib(x,y,t)には、時間が経過するとノイズ成分が変化する時間変動ノイズが含まれるので、撮像ごとにその値が変化する。オフセット成分Ib(x,y,t)はオフセットパラメータIo(x,y)と時間変動ノイズIn(x,y,t)とで次のように表すことができる。
Ib(x,y,t)=Io(x,y)+In(x,y,t) … (8)
すなわち、(1)式と(8)式より、オフセット成分Ib(x、y,t)は、被検体Mの撮像時において放射線を照射しなかった場合の暗画像時のノイズ成分ともいえる。
次に画像処理部5の構成を説明する。画像処理部5は、図5に示すように、画像データを保管する画像メモリ部26と、画像メモリ部26に保管された画像データに対してオフセット補正およびゲイン補正を実施する画像補正部33と、ゲイン補正された撮像画像データから透視画像を構成する画像構成部32とを備える。画像補正部33は、オフセットパラメータを算出するオフセットパラメータ算出部27と、変動ノイズNs(x,y)を算出する変動ノイズ算出部28と、画像データを底上げする固定値Mを算出する固定値算出部29と、撮像画像データからオフセットパラメータを除去するオフセット補正部30と、各検出画素DU(x,y)の検出効率の違いを補正するゲイン補正部31とを備える。画像処理部5は、FPD3からA/D変換器4を介して転送される画素値に対してオフセット補正およびゲイン補正を実施して透視画像を構成する。
A/D変換器4から出力されるデジタルの電圧信号は各検出画素DU(x,y)ごとの画像データである画素値として画像メモリ部26に記憶される。画像メモリ部26は画像データのバッファとしても機能する。
オフセットパラメータ算出部27は、予め、暗画像取得時にオフセットパラメータIo(x,y)を算出する。つまり、暗画像を数十枚取得し、画像メモリ部26に保管された暗画像データDI(x,y,t)を基に、検出画素DU(x,y)ごとの暗画像データDI(x,y,t)の平均値を(2)式のように演算することで時間変動ノイズを含まないオフセットパラメータIo(x,y)を算出する。算出されたオフセットパラメータIo(x,y)はオフセット補正部30へ転送される。
変動ノイズ算出部28では、画像メモリ部26に保管された数十枚程度の暗画像データDI(x,y,t)の標準偏差σを(5)式のように算出することで、暗画像における検出画素DU(x,y)ごとの変動ノイズNs(x,y)を算出する。暗画像における検出画素DU(x,y)ごとに算出された変動ノイズNs(x,y)は固定値算出部29へ転送される。
固定値算出部29では、変動ノイズNs(x,y)の3倍の値である揺らぎ値FA(x,y)を(6)式のように算出する。さらに、固定値算出部29では、検出画素DU(x,y)ごとに算出された揺らぎ値FA(x,y)の全検出画素DU(x,y)における最大値を算出し、これを固定値Mとする。固定値Mは算出された後、オフセット補正部30へ転送される。固定値Mは本発明における補正定数に相当し、固定値算出部29は本発明における補正定数算出部に相当する。
オフセット補正部30では、画像メモリ部26から転送された画像データI(x,y,t)と、オフセットパラメータ算出部27で算出されたオフセットパラメータIo(x,y)との差分を演算するとともに固定値Mを加算してオフセット補正値J(x,y,t)を算出する。これより、画像データI(x,y,t)より時間変動しないノイズ成分であるオフセットパラメータIo(x,y)を除去することができる。
(x,y,t)=M+I(x,y,t)−Io(x,y)
=M+Ia(x,y,t)+{Ib(x,y,t)−Io(x,y)}
=Ia(x,y,t)+M+In(x,y,t) … (9)
(9)式の最初の項は画像成分であり、第2項は時間変動ノイズの変動幅を保存するために底上げした成分であり、第3項は時間変動ノイズである。例えば、画像成分および時間変動ノイズが0の画素におけるオフセット補正値J(x,y,t)は固定値Mの値をとる。すなわち、画像データのゼロ点がオフセット補正前と比べて固定値Mの値に引き上げられている。これより、画像成分がゼロであり時間変動ノイズが負の値でも、固定値Mにより底上げされているので、オフセット補正値J(x,y,t)は正の値をとり、暗画像時の時間変動ノイズを正確に残すことができる。
ゲイン補正部31には、予め検出画素DU(x,y)ごとにX線の変換効率を均一にするために求められたゲイン補正係数I(x,y)が保管されている。オフセット補正値J(x,y,t)と固定値Mとの差分にゲイン補正係数I(x,y)を乗算し、これに固定値Mを加算するとゲイン補正後の補正画像データK(x,y,t)を算出することができる。
(x,y,t)={J(x,y,t)−M}・I(x,y)+M
=Ia(x,y,t)・I(x,y)+M+In(x,y,t)・I(x,y)…(10)
(10)式の最初の項は、ゲイン補正された画像データである。第2項は時間変動ノイズの変動幅の分だけ底上げした成分である。第3項は、ゲイン補正された時間変動ノイズ成分である。ここで、ゲイン補正係数I(x,y)は1に近い値であるので、ゲイン補正された時間変動ノイズ成分の大きさが固定値Mの値を超えることはない。
これより、ある検出画素DU(x,y)のゲイン補正された画像データがゼロの値であり、時間変動ノイズIn(x,y,t)が負の値でも、固定値Mが加算されているので、補正画像データK(x,y,t)がゼロ値未満になる場合がない。このように、放射線が照射されていない時に撮像した場合に相当する画像データのノイズがゲイン補正後の補正画像データK(x,y,t)にも正確に保存されている。
画像構成部32では、ゲイン補正部31によりゲイン補正された補正画像データK(x,y,t)を基に、透視画像を構成する。この時、固定値Mの値を黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値として、画像データをマッピングする。つまり、固定値Mよりも低い値の画素値は、透視画像上は、黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値の階調値に置き換えられる。また、画像構成部32では、透視画像に限らず、CT撮像時には断層像を再構成することもできる。構成された透視画像は、主制御部6に転送され、表示部9で表示されるか、記憶部10にて保管される。また、ゲイン補正された補正画像データK(x,y,t)も主制御部6に転送され、記憶部10にて保管される。記憶部10に保管された補正画像データK(x,y,t)を基にDQEの評価を正しく実施することができる。
<X線撮像>
次に、実施例1におけるX線撮像装置でX線撮像が実行される場合の動作を、図1〜図5を用いて説明する。
まず、入力部8においてX線撮像開始の指示がされると、主制御部6は、X線管制御部7とFPD3とを制御する。X線管制御部7は、主制御部6からの制御に基づいて管電圧や管電流を発生させX線管1を制御し、X線管1からX線が被検体Mに照射される。被検体Mを透過したX線は、FPD3の検出画素DU(x,y)により被検体Mを透過したX線量に応じた電荷信号に変換され、コンデンサCaに蓄積される。
次に、ゲート駆動回路13がゲート線を順次選択する。実施例1では、ゲート線GL1,GL2,GL3,…,GL9,GL10の順に1つずつ選択するものとして説明する。ゲート駆動回路13がゲート線GL1を選択して、ゲート線GL1に接続された各検出画素DU(x,y)が指定される。指定された各検出画素DU(x,y)のTFT23のゲートは、ゲート信号が送られることで電圧が印加され、ON状態となる。これより、指定された各TFT23に接続されるコンデンサCaに蓄積された電荷信号が、TFT23を経由して、データ線DL1〜DL10に読み出される。次に、ゲート駆動回路13がゲート線GL2を選択して、同様の手順で、ゲート線GL2に接続された各検出画素DU(x,y)が指定され、その指定された各検出画素DU(x,y)のコンデンサCaに蓄積された電荷信号が、データ線DL1〜DL10に読み出される。残りのゲート線GL3〜GL10についても同様に順に選択することで、2次元状に電荷信号を読み出す。
このように、ゲート駆動回路13がゲート線GL1〜GL10を順次選択することで、各ゲート線に接続された検出画素DU(x,y)が指定され、その指定された各検出画素DU(x,y)のコンデンサCaに蓄積された電荷信号が、データ線DL1〜DL10に読み出される。
各データ線DL1〜DL10に読み出された電荷信号は電荷電圧変換部14において電圧信号へ変換されるとともに増幅される。そして、サンプル・ホールド部15では、電荷電圧変換部14にて変換された電圧信号をサンプリングするとともに一旦ホールドする。その後、マルチプレクサ16からサンプル・ホールド部15にホールドされた電圧信号を時分割信号として順次出力する。出力された電圧信号は、A/D変換器4にてアナログ値からデジタル値へ変換される。デジタル値へ変換された電圧信号は画像処理部5へ送られる。
画像処理部5へ送られた電圧信号からなる撮像画像データI(x,y,t)は画像メモリ部26へ保管される。また、予めX線を照射せずに画像データを収集した複数枚の暗画像データDI(x,y,t)も、画像メモリ部26に保管されている。複数枚の暗画像データDI(x,y,t)より、オフセットパラメータ算出部27にて、検出画素DU(x,y)ごとに平均化してオフセットパラメータIo(x,y)を算出する。また、変動ノイズ算出部28では、複数枚の暗画像データDI(x,y,t)の検出画素DU(x,y)ごとの標準偏差σを演算することで、変動ノイズNs(x,y)を算出する。
固定値算出部29は、変動ノイズNs(x,y)の3倍の値である揺らぎ値FA(x,y)を算出する。さらに、検出画素DU(x,y)ごとに算出した揺らぎ値FA(x,y)の全検出画素DU(x,y)における最大値である固定値Mを算出する。
次に、画像メモリ部26に保管されている撮像画像データI(x,y,t)と、オフセットパラメータ算出部27にて算出されたオフセットパラメータIo(x,y)と、固定値算出部29にて算出された固定値Mとから、オフセット補正部30では、オフセット補正値J(x,y,t)を算出する。これより、画像データのゼロ点が固定値Mの値に引き上げられる。また、画像データI(x,y,t)から、時間変動しないノイズ成分であるオフセットパラメータIo(x,y)を除去したオフセット補正値J(x,y,t)を取得することができる。
さらに、オフセット補正値J(x,y,t)にゲイン補正を実施することで、検出画素DU(x,y)ごとに異なる検出効率を補正することができる。すなわち、オフセット補正値J(x,y,t)から固定値Mを一旦減算し、その値にゲイン補正係数を乗算したものに固定値Mを加算することでゲイン補正をすることができる。このゲイン補正された補正画像データK(x,y,t)にも、暗画像時の時間変動ノイズIn(x,y,t)に相当するノイズが正確に残されている。これより、補正画像データK(x,y,t)から、撮像画像装置のDQEを評価することが可能である。
このようにして算出された補正画像データK(x,y,t)を基に画像構成部32は透視画像を構成する。この時、固定値Mの値を黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値として、画像データをマッピングする。つまり、表示部9のダイナミックレンジに対応するように、補正画像データK(x,y,t)を設定する。固定値Mよりも低い値の画素値は、透視画像上は、黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値の階調値に置き換えられる。構成された透視画像は、主制御部6に転送され、表示部9で表示されるか、記憶部10にて保管される。また、補正画像データK(x,y,t)も主制御部6を介して記憶部10に保管される。
以上のように、実施例1によれば、画像補正部33は、撮像画像データI(x,y,t)に含まれる時間変動ノイズIn(x,y,t)を保持してオフセット補正をすることができる。また、正負のノイズ振幅が正確にゲイン補正後の補正画像データに含まれるので、X線を照射していない時のノイズ量を定量的に評価することができる。これより、国際規格で定められたDQEを正確に計算することができる。
また、負の値を含めて演算するのであれば、画像データの階調の正の上限を従来の半分とするか、画像のビット数を上げなければならないところを、固定値Mを加算することで、従来と同じ画像ビット数でありながら、階調も維持することができる。これは、負のデータを含む変動ノイズが底上げされて、正の値となるからである。これより、補正された画像データは全てゼロ以上の正の値となるので、画像データのレンジを全て正の値とすることができ、高階調を維持することができる。
上述した実施例1では、固定値Mを加算することで、ゲイン補正後の補正画像データK(x,y,t)は正の値であった。そこで、ゲイン補正後の補正画像データのビット数を上げ、符号専用ビットを設けるのであれば、ゲイン補正後の補正画像データにも負の値を残すことができるので、固定値Mを演算しなくてもよい。この場合、補正画像データの負の値はDQEの演算時にのみ使用する。
また、この場合の画像処理部34は、図6に示すように、画像メモリ部35、画像補正部40および画像構成部39で構成されている。画像補正部40は、オフセットパラメータ36、オフセット補正部37およびゲイン補正部38で構成されている。実施例1との違いは、固定値Mにて底上げしないのでゲイン補正後の補正画像データK(x,y,t)は負の値を持ちうることである。これより、補正定数算出部28に相当するものが実施例2には無い。以下、実施例1と実施例2との違いのみ説明し、共通する事項に関しては説明を省略する。
オフセットパラメータ算出部36は、予め、暗画像取得時にオフセットパラメータIo(x,y)を算出する。つまり、暗画像を数十枚取得し、画像メモリ部35に保管されている暗画像データDI(x,y,t)より、(2)式のようにそれぞれの検出画素DU(x,y)ごとの暗画像データDI(x,y,t)の平均を演算することで時間変動ノイズIn(x,y,t)を含まないオフセットパラメータIo(x,y)を算出する。算出されたオフセットパラメータIo(x,y)はオフセット補正部37へ転送される。
オフセット補正部37では、画像メモリ部35から転送された画像データI(x,y,t)と、オフセットパラメータ算出部37で算出されたオフセットパラメータIo(x,y)との差分を演算してオフセット補正値J(x,y,t)を算出する。これより、画像データI(x,y,t)より時間変動しないノイズ成分であるオフセットパラメータIo(x,y)を除去することができる。また、このとき、オフセット補正値J(x,y,t)は正負の符号を持つ値である。
(x,y,t)=I(x,y,t)−Io(x,y)
=Ia(x,y,t)+{Ib(x,y,t)−Io(x,y)}
=Ia(x,y,t)+In(x,y,t) … (11)
(11)式の最初の項は画像成分であり、第2項は時間変動ノイズ成分である。第2項には負の値が含まれる場合もあるが、実施例2では画像データが正負の符号付きデータであるので、画像成分がゼロであり、時間変動ノイズが負の値でも、オフセット補正値J(x,y,t)は、暗画像時の時間変動ノイズを正確に残すことができる。
ゲイン補正部38には、予め検出画素DU(x,y)ごとにX線の変換効率を均一にするために求められたゲイン補正係数I(x,y)が保管されている。オフセット補正値J(x,y,t)にゲイン補正係数I(x,y)を乗算するとゲイン補正後の画像データK(x,y,t)を算出することができる。
(x,y,t)=J(x,y,t)・I(x,y)
=Ia(x,y,t)・I(x,y)+In(x,y,t)・I(x,y)…(12)
(12)式の最初の項は、ゲイン補正された画像データである。第2項は、ゲイン補正された時間変動ノイズ成分である。これより、ゲイン補正された撮像画像データがゼロの画素においても、たとえ、時間変動ノイズIn(x,y,t)が負の値で画素値がゼロ値以下である場合でも保存される。このように、オフセット無入力時の変動ノイズがゲイン補正後の補正画像データK(x,y,t)にも正確に保存されている。
画像構成部39では、ゲイン補正部38によりゲイン補正された補正画像データK(x,y,t)を基に、透視画像を構成する。この時、ゼロ値を黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値として、各画像データをマッピングする。つまり、ゼロ値よりも低い値の画素値は、透視画像上は、黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値の階調値に置き換えられる。
以上のように、実施例2によれば、撮像画像の画素値がゼロの場合でも、変動ノイズによる正負のノイズ振幅が正確に補正後の補正画像データに含まれるので、X線を照射していない時のノイズ量を定量的に評価することができる。これより、国際規格で定められたDQEを正確に計算することができる。
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1では、標準偏差σの3倍の値である3σを揺らぎ値FA(x,y)としていたが、標準偏差の3倍以上の値を揺らぎ値FA(x,y)としてもよい。
(2)上述した実施例1では、画像構成部32において、固定値Mの値を黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値として各画像データをマッピングしたが、ゼロ点を黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値として各画像データをマッピングしてもよい。また、他の値を黒レベルの最低値もしくは白レベルの最高値として各画像データをマッピングしてもよい。
本発明は、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、この発明に係る放射線撮像装置は、放射線を検出する画素が2次元アレイ状に配置された放射線検出器から出力される検出値を前記画素ごとにオフセットを補正して補正画像データを出力する画像補正部を備え、前記画像補正部には、暗画像撮像時における前記検出値の前記画素ごとの時間平均であるオフセットパラメータを算出するオフセットパラメータ算出部と、暗画像撮像時における前記検出値の前記画素ごとの標準偏差である変動ノイズを算出する変動ノイズ算出部と、前記変動ノイズの値から前記ノイズの振幅の負の値を保持するための補正定数を算出する補正定数算出部と、前記被検体を撮像した前記検出値から前記オフセットパラメータを減算し、さらに、前記補正定数を加算してオフセット補正値を算出するオフセット補正部と、前記オフセット補正値から前記補正定数を減算したものに前記画素の検出特性の違いを補正するゲイン補正係数を乗算し、さらに前記補正定数を加算して前記補正画像データを算出するゲイン補正部とを備え、前記画像補正部は、前記検出値に含まれるノイズ成分を保持して前記オフセットの補正をすることを特徴とする。

Claims (7)

  1. 放射線を検出する画素が2次元アレイ状に配置された放射線検出器から出力される検出値を前記画素ごとにオフセットを補正して補正画像データを出力する画像補正部を備え、
    前記画像補正部は、前記検出値に含まれるノイズ成分を保持して前記オフセットの補正をす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、前記画像補正部には、
    暗画像撮像時における前記検出値の前記画素ごとの時間平均であるオフセットパラメータを算出するオフセットパラメータ算出部と、
    暗画像撮像時における前記検出値の前記画素ごとの標準偏差である変動ノイズを算出する変動ノイズ算出部と、
    前記変動ノイズの値から前記ノイズの振幅の負の値を保持するための補正定数を算出する補正定数算出部と、
    前記被検体を撮像した前記検出値から前記オフセットパラメータを減算し、さらに、前記補正定数を加算してオフセット補正値を算出するオフセット補正部と、
    前記オフセット補正値から前記補正定数を減算したものに前記画素の検出特性の違いを補正するゲイン補正係数を乗算し、さらに前記補正定数を加算して前記補正画像データを算出するゲイン補正部と
    を備え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、
    前記補正定数算出部は前記画素における前記変動ノイズの3倍以上の値を基に前記補正定数を算出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、
    前記補正定数算出部は各前記画素の前記変動ノイズの3倍である3σを基に前記補正定数を算出することを特徴とする放射線撮像装置。
  5. 請求項4に記載の放射線撮像装置において、
    前記補正定数算出部は前記補正定数として各前記画素の前記3σの最大値を算出することを特徴とする放射線撮像装置。
  6. 請求項2から5のいずれか1つに記載の放射線撮像装置において、
    前記被検体の透視画像を表示する表示部と、
    前記補正定数の値を黒レベルの最低値または白レベルの最大値として前記補正画像データを前記表示部のダイナミックレンジに対応するように設定し、前記透視画像を構成する画像構成部と
    を備えたことを特徴とする放射線撮像装置。
  7. 請求項1に記載の放射線撮像装置において、前記画像補正部には、
    暗画像撮像時における前記検出値の前記画素ごとの時間平均であるオフセットパラメータを算出するオフセットパラメータ算出部と、
    前記被検体を撮像した前記検出値から前記オフセットパラメータを減算してオフセット補正値を算出するオフセット補正部と、
    前記オフセット補正値に前記画素の検出特性の違いを補正するゲイン補正係数を乗算して補正画像データを算出するゲイン補正部とを備え、
    前記オフセット補正部および前記ゲイン補正部は正負の符号付き演算を実施し、前記ゲイン補正部でゲイン補正された前記補正画像データが正負の符号付きの画像データである
    ことを特徴とする放射線撮像装置。
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