WO2011048629A1

WO2011048629A1 - 放射線撮像装置

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Publication number: WO2011048629A1
Application number: PCT/JP2009/005521
Authority: WO
Inventors: 足立晋
Original assignee: 株式会社島津製作所
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-04-28
Also published as: JP5418599B2; CN102577356A; CN102577356B; US8639010B2; US20120219203A1; JPWO2011048629A1

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

放射線撮像装置

　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_１（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。

　Ｊ_１（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_１（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_１（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_Ｇ（ｘ，ｙ）が保管されている。オフセット補正値Ｊ_１（ｘ，ｙ，ｔ）と固定値Ｍとの差分にゲイン補正係数Ｉ_Ｇ（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_１（ｘ，ｙ，ｔ）を算出することができる。

　Ｋ_１（ｘ，ｙ，ｔ）＝{Ｊ_１（ｘ，ｙ，ｔ）－Ｍ}・Ｉ_Ｇ（ｘ，ｙ）＋Ｍ
　＝Ｉａ（ｘ，ｙ，ｔ）・Ｉ_Ｇ（ｘ，ｙ）＋Ｍ＋Ｉｎ（ｘ，ｙ，ｔ）・Ｉ_Ｇ（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_Ｇ（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_１（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_２（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_２（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_２（ｘ，ｙ，ｔ）は正負の符号を持つ値である。

　Ｊ_２（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_２（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_Ｇ（ｘ，ｙ）が保管されている。オフセット補正値Ｊ_２（ｘ，ｙ，ｔ）にゲイン補正係数Ｉ_Ｇ（ｘ，ｙ）を乗算するとゲイン補正後の画像データＫ_２（ｘ，ｙ，ｔ）を算出することができる。

　Ｋ_２（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｊ_２（ｘ，ｙ，ｔ）・Ｉ_Ｇ（ｘ，ｙ）
　＝Ｉａ（ｘ，ｙ，ｔ）・Ｉ_Ｇ（ｘ，ｙ）＋Ｉｎ（ｘ，ｙ，ｔ）・Ｉ_Ｇ（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_２（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_２（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。

Claims

　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。