WO2020066231A1 - 放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

放射線に対して感度を有する撮影画素と、放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出部を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置は、放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得部と、放射線の照射により取得した放射線画像とオフセット補正用画像とにおける遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得部と、差分を用いて取得した、画素領域における遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正する補正部と、を備える。

Description

放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラム

　本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラムに関するものである。

　放射線撮影装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素アレイを有するマトリクス基板を用いた放射線撮影装置(ＦＰＤ：Flat Panel Detector)が実用化されている。光電変換素子を複数配置したＦＰＤにおいては光電変換素子の特性により、温度などの環境の違いによって、放射線を照射しない条件で取得した画像（以下、「オフセット信号」）の値にばらつきが生じることが知られている。

　オフセット信号の補正方法として、撮影前に放射線を照射しない状態で複数の画像（以下、「オフセット画像」）を取得し、取得した画像の平均値をオフセット信号として、放射線照射により撮影した放射線画像からの差分により補正を行う場合、オフセット信号の取得時と放射線画像の撮影時とで時間差が生じるため、この間に装置内の温度が変化し発熱体が配置されている近傍領域と発熱体から遠い領域とで温度分布が生じ得る。この温度分布によりＦＰＤ内の各画素から出力されるオフセット信号が変化すると、ＦＰＤにおける画素アレイ面内でオフセット信号がばらつくため、補正により除去できないオフセット信号成分はアーチファクトとして放射線画像に重畳することになる。

　特許文献１には、一部の領域に鉛の代わりに導電層で光を遮光し、遮光された光電変換素子の出力を用いてオフセット補正を行う放射線検出装置が開示されている。

特開２００２－１５８３４０号公報

　しかしながら、特許文献１では、面内の温度分布の変化に伴うオフセット信号のばらつきを考慮しておらず、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することができない。

　本発明は、従来技術における上記の課題に鑑み、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することが可能な放射線撮影技術を提供する。

　本発明の一態様に係る放射線撮影装置は、放射線に対して感度を有する撮影画素と、前記放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出手段を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置であって、
　放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得手段と、
　放射線の照射により取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得手段と、
　前記差分を用いて取得した、前記画素領域における前記遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、前記オフセット補正用画像を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することが可能になる。

　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
第１実施形態の放射線撮影装置の構成例を示す図。 遮光画素の配置の例を示す図。 第１実施形態のオフセット補正の流れを示す図。 シェーディングのモデル関数の設定の例を示す図。 第２実施形態のオフセット補正の流れを示す図。 第１実施形態および第２実施形態に係る放射線撮影装置の機能的な構成を示す図。

　以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。

　図１は、本発明の第１実施形態の放射線撮影装置２００の構成を例示する図である。放射線撮影装置２００は、複数の行および複数の列を構成するように撮影領域ＩＲに配列された複数の画素を有する。複数の画素は、放射線画像の取得のための複数の撮影画素１０１と、オフセット信号の検出のために用いられる遮光画素１２１とを含む。撮影画素１０１は放射線に対して感度を有する画素であり、遮光画素は放射線に対して感度を有さない画素である。

　複数の画素は、支持基板の撮影領域ＩＲに配列されうる。撮影画素１０１は、放射線を電気信号に変換する変換素子１０２と、列信号線１０６と変換素子１０２との間に配置されたスイッチ１０３とを含む。遮光画素１２１は、放射線を電気信号に変換する遮光変換素子１２２と、列信号線１０６と遮光変換素子１２２との間に配置されたスイッチ１０３とを含む。

　変換素子１０２および遮光変換素子１２２は、放射線を光に変換するシンチレータおよび光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一般的には、撮影領域ＩＲを覆うようにシート状に形成され、複数の画素によって共有されうる。あるいは、変換素子１０２および遮光変換素子１２２は、放射線を直接に光に変換する変換素子で構成されうる。

　スイッチ１０３は、例えば、非晶質シリコンまたは多結晶シリコン（好ましくは多結晶シリコン）などの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含みうる。

　放射線撮影装置２００は、複数の列信号線１０６および複数の駆動線１０４を有する。各列信号線１０６は、撮影領域ＩＲにおける複数の列のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、撮影領域ＩＲにおける複数の行のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、駆動部２２１によって駆動される。

　変換素子１０２の第１電極は、スイッチ１０３の第１主電極に接続され、変換素子１０２の第２電極は、バイアス線１０８に接続される。ここで、１つのバイアス線１０８は、列方向に延びていて、列方向に配列された複数の変換素子１０２の第２電極に共通に接続される。バイアス線１０８は、電源回路２２６からバイアス電圧Ｖｓを受ける。１つの列を構成する複数の撮影画素１０１のスイッチ１０３の第２主電極は、１つの列信号線１０６に接続される。１つの行を構成する複数の撮影画素１０１のスイッチ１０３の制御電極は、１つの駆動線１０４に接続される。

　複数の列信号線１０６は、読出部１３０に接続される。ここで、読出部１３０は、複数の検知部１３２と、マルチプレクサ１３４と、アナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）１３６とを含みうる。複数の列信号線１０６のそれぞれは、読出部１３０の複数の検知部１３２のうち対応する検知部１３２に接続される。ここで、１つの列信号線１０６は、１つの検知部１３２に対応する。検知部１３２は、例えば、差動増幅器を含む。マルチプレクサ１３４は、複数の検知部１３２を所定の順番で選択し、選択した検知部１３２からの信号をＡＤ変換器１３６に供給する。ＡＤ変換器１３６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。

　次に本実施形態の放射線撮影装置２００の動作について説明する。変換素子１０２および遮光変換素子１２２の第１電極はスイッチ１０３を介して基準電位Ｖｒｅｆを与え、第２電極には、放射線又は可視光によって発生した電子正孔対分離に必要なバイアス電位Ｖｓを与える。この状態で、被検体を透過した放射線又はそれに応じた可視光が変換素子１０２に入射し、電荷に変換され変換素子１０２に蓄積され、遮光変換素子１２２には遮光されている為、光入射による電荷は蓄積されず、ダーク電流相当の電荷が蓄積される。

　この電荷に応じた電気信号は、駆動部２２１から駆動線１０４に印加される駆動パルスによりスイッチ１０３（ＴＦＴ）が導通状態となることで、列信号線１０６に出力され、読出部１３０によりデジタルデータとして外部に読み出される。この動作により、撮影画素１０１においては、変換素子１０２から、照射された光に応じた電気信号を読み出すことができる。また、遮光画素１２１においては、遮光された遮光変換素子１２２から、光の信号を含まないオフセット信号を読み出すことができる。

　図２は、遮光された遮光変換素子１２２を有する遮光画素１２１の配置レイアウトの例を示す図である。遮光画素１２１は、有効画素領域２０１におけるオフセット信号のばらつき（オフセットずれ）を推定しやすいように、有効画素領域２０１の４辺の外周２０２の近傍、及び有効画素領域２０１内に点在して配置されている。撮影画素１０１は、図２においては不図示であるが、有効画素領域２０１において、各々の画素が隣接するように、等間隔に隙間なく配置され、かつ有効画素領域２０１全面をカバーするように配置される。一方、遮光画素１２１は、有効画素領域２０１において、各々の画素が周囲を撮影画素１０１に囲まれるように配置され、かつ等間隔に有効画素領域全面に均等に配置されている。遮光画素１２１は、撮影画素１０１より低密度で有効画素領域２０１に配置されている。これにより、有効画素領域２０１全面のオフセット成分を精度よく取得することができる。

　遮光画素１２１の情報の精度を上げるために、外周部には遮光画素を多数配置し、有効画素領域２０１の内部には遮光画素が有効画素領域内で欠損となることを考慮して、少数の遮光画素を点在するように配置することも可能である。ここで、図２に示す遮光画素１２１の配置は一例でありどのような配置でもよく、たとえば、有効画素領域２０１内に配置する遮光画素１２１を放射線撮影装置２００内における発熱体近傍の位置には密な間隔（第１の間隔）で配置し、発熱体から離れた位置では、密な間隔（第１の間隔）に比べて配置間隔が粗な間隔（第２の間隔）で配置してもよい。

　図３は第１実施形態のオフセット補正の流れを示す図であり、図６は、放射線撮影装置２００の機能的な構成を示す図である。図１に示すように放射線撮影装置２００は、撮影画素１０１及び遮光画素１２１を有する検出部１００、ダーク画像取得部６０１、放射線画像取得部６０２、差分取得部６０３、オフセット画像補正部６０４および画像生成部６０５を備える。放射線撮影装置２００は、放射線に対して感度を有する撮影画素１０１と、放射線に対して感度を有さない遮光画素１２１とが、画素領域に複数配置された検出部１００を用いて放射線画像の撮影を行う。

　ダーク画像取得部６０１は、放射線を照射しない状態で撮影画素１０１および遮光画素１２１から取得したダーク画像に基づいて、オフセット補正用画像を取得する。また、放射線画像取得部６０２は、放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する。より具体的には、放射線画像取得部６０２は、放射線を照射した状態で、撮影画素１０１および遮光画素１２１から取得した信号に基づいて放射線画像を取得する。

　差分取得部６０３は、放射線の照射により取得した放射線画像とオフセット補正用画像とにおける遮光画素１２１の画素値の差分を取得する。すなわち、差分取得部６０３は、放射線を照射した状態で、撮影画素１０１および１２１遮光画素から取得した信号に基づいて取得した放射線画像とオフセット補正用画像とにおける遮光画素１２１の画素値の差分を取得する。

　オフセット画像補正部６０４は、差分を用いて取得した、画素領域における遮光画素のオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）に基づいて、オフセット補正用画像を補正する。遮光画素のオフセット信号の分布に関し、オフセット画像補正部６０４は、差分取得部６０３で取得された差分に基づいて遮光画素のオフセット信号を補間し、補間に基づいてオフセット信号の分布を取得する。ここで、オフセット信号を補間するため、オフセット画像補正部６０４は、遮光画素１２１のオフセット信号を補間する関数に基づいて、オフセット信号の分布を取得する。

　画像生成部６０５は、補正したオフセット補正用画像に基づいて、放射線画像におけるオフセット信号を補正した画像を生成する。

　本発明の第１実施形態の放射線撮影装置２００におけるオフセット補正の処理の流れを図３及び図６を参照して説明する。

　ステップＳ３０１において、ダーク画像取得部６０１は、まず被写体の撮影を行う前に、放射線を照射していない状態でダーク画像の撮影を行う。本ステップでは、ダーク画像取得部６０１は、撮影画素１０１及び遮光画素１２１からオフセット信号を取得する。すなわち、放射線が照射されていないため、ダーク画像取得部６０１は、変換素子１０２及び遮光変換素子１２２から、光の信号を含まないオフセット信号を読み出すことができる。

　ダーク画像取得部６０１は、取得したダーク画像を被写体の撮影時における放射線画像に含まれるオフセット信号を補正するための画像として保持する。このダーク画像を、「オフセット補正用画像」と呼ぶ。この際、画像取得部は、複数枚のダーク画像の撮影を行って、取得した複数のダーク画像の平均画像をオフセット補正用画像として取得してもよい。複数のダーク画像に基づいた平均画像を用いることにより、オフセット補正用画像に含まれるランダムノイズ成分を低減させることができる。

　ステップＳ３０２において、放射線撮影装置２００は放射線を照射して被写体の放射線撮影を開始する。放射線画像取得部６０２は、撮影画素１０１及び遮光画素１２１から信号を読み出す。この時、放射線画像取得部６０２は、変換素子１０２から照射された放射線（光）に応じた信号を読み出し、遮光された遮光変換素子１２２からはダーク画像の撮影時と同様に光の信号を含まないオフセット信号を読み出すことができる。

　ステップＳ３０３において、差分取得部６０３は、ステップＳ３０２で取得した被写体の撮影時の放射線画像と、ステップＳ３０１で取得したオフセット補正用画像とにおける遮光画素１２１の画素値（信号）の差分を取得する。

　理想的にはオフセット補正用画像の遮光画素１２１の信号と、被写体の撮影時における光の信号を含まない遮光画素１２１のオフセット信号とは同等であり、その差分は０であるが、現実にはオフセット画像の取得時と被写体の撮影時とは時間がずれており、放射線撮影装置２００内におけるセンサ温度の変化等によってオフセット信号は変化し得るため、放射線画像にはシェーディング成分が発生し、差分取得部６０３による差分演算によりオフセット信号は差分値をもつ。

　上記の理由から、そのままオフセット補正用画像を用いてオフセット補正を行うと、オフセット信号の変化分であるオフセットずれの成分が画像に残り、画像における不均一性（シェーディング）によるアーチファクトが発生し得る。

　本発明では、オフセット補正用画像の遮光画素１２１の信号と、被写体撮影時の光の信号を含まない遮光画素１２１のオフセット信号の差分をもとに取得した、画素領域における遮光画素１２１のオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）に基づいて、オフセット補正用画像を補正し、上記の課題を解決する。

　ステップＳ３０４において、オフセット画像補正部６０４は、ステップＳ３０３で取得した差分に基づいて放射線画像のシェーディング成分を算出し、オフセット補正用画像を補正する。すなわち、オフセット画像補正部６０４は、遮光画素１２１によるオフセット信号の差分の情報から、有効画素領域２０１で発生しているオフセット信号のばらつきを示すオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）を算出する。ここで、オフセットずれ成分は放射線画像のシェーディング成分に対応し得る。

　遮光画素１２１は、図２に示すような有効画素領域２０１内に点在しているため、オフセット画像補正部６０４は、遮光画素１２１が所定ピッチで配置されている位置でのオフセット信号のずれに基づいて、配置位置間をフィッティングによって補間して、有効画素領域２０１の全体的なオフセットずれを取得する。すなわち、オフセット補正用画像と放射線画像とにおける、遮光画素の画素値の差分を求め、差分をもとにオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）を補間することにより、有効画素領域２０１における遮光画素のオフセット信号の分布を近似する。

　シェーディングのフィッティングをする際は、実際に発生しうるシェーディング形状に合わせてフィッティングの関数を決定することが可能である。例えば、画像全面に対して、二次元二次の多項式によってシェーディングをフィッティングする場合を具体例とすると、遮光画素１２１のデータと、オフセット画像のデータとの差が最も小さくなるように補正をする。

　被写体撮影時と、オフセット画像の取得時との低周波のオフセットずれ成分Ｆ(ｘ,ｙ)は二次元二次の多項式（数１）で近似することができる。

　この式で表される曲面Ｆ（ｘ、ｙ）と、実際の低周波のオフセットずれ成分Ｆが最も一致する、つまり実際のデータとの差（残差）が最小になるように多項式（数１）の係数は、以下の数２式を解くことで得られる。

　例えば、数１、数２式によってオフセットずれ成分Ｆ(ｘ,ｙ)を近似する目的の近似多項式を決定することができる。尚、近似多項式を求める補間処理の演算内容は上記の演算内容に限定されるものではなく、種々の関数を用いてオフセットずれ成分を近似することが可能である。

　オフセット画像補正部６０４は、以上の演算により近似したオフセットずれ成分に基づいて、オフセット補正用画像を補正する。ステップＳ３０１で取得したオフセット補正用画像をＤ(ｘ,ｙ)とし、数１式、数２式で取得した低周波のオフセットずれ成分をＦ(ｘ,ｙ)とおくと、オフセットずれ成分を補正した補正後のオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)は以下の数３式で取得することができる。

　すなわち、オフセット画像補正部６０４は、オフセット補正用画像からオフセットずれ成分を差分することにより、補正後のオフセット補正用画像を取得することができる。

　次に、ステップＳ３０５において、画像生成部６０５は、先のステップＳ３０４で補正されたオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)を用いて、放射線画像のオフセット補正を行う。オフセット補正前の被写体の放射線画像をＸ(ｘ,ｙ)とし、オフセット補正後の被写体の放射線画像をＸ´(ｘ,ｙ)とおくと、画像生成部６０５は以下の数４式で、オフセット補正後の放射線画像Ｘ´(ｘ,ｙ)を生成することができる。

　すなわち、画像生成部６０５は、オフセット補正前の放射線画像Ｘ(ｘ,ｙ)から補正後のオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像Ｘ´(ｘ,ｙ)を生成することができる。

　（変形例）
　次に、遮光画素１２１を用いた低周波のオフセットずれ成分の分布をフィッティングする際の変化例を、図４を用いて説明する。図４はシェーディングのモデル関数の設定の例を示す図である。図４において、分布特性４０１は、有効画素領域２０１の上部から下部に向けてオフセット信号の分布が徐々に変化する特性を示している。また、分布特性４０２は、有効画素領域２０１の内部領域においてオフセット信号の分布が局所的に変化する特性を示している。

　図４に示すように、シェーディングの分布が複数の分布特性４０１、４０２を含む場合、例えば、ＦＰＤ内に複数の発熱源が存在する等、シェーディングの発生原因となる要因が複数ある場合は、その発熱源に応じて複数のモデル関数を設定し、補正してもよい。

　図４の例では、画像上下方向に、一次元方向にわたる分布特性４０１のシェーディングを補正した後に、局所的な発熱源による分布特性４０２のシェーディングを補正するために、局所的な発熱源の配置位置や発熱源の形状の中心位置を頂点とするような二次元の二次関数を用いて補正するなど、発熱源の配置位置や発熱源の形状に応じて複数回のフィッティングを実施することも可能である。

　オフセット画像補正部６０４は、オフセット信号を補間する複数の関数に基づいて、オフセット信号の分布を取得することが可能である。例えば、オフセット画像補正部６０４は、放射線撮影装置２００（ＦＰＤ）に含まれる発熱源の配置位置からの距離に応じてオフセット信号の分布が変化する関数（例えば、図４の分布特性４０１）を設定し、設定した関数に基づいてオフセット信号の分布を取得することが可能である。また、オフセット画像補正部６０４は、放射線撮影装置２００に含まれる発熱源の位置または発熱源の形状の中央部をピークとする関数（例えば、図４の分布特性４０２）に基づいて、オフセット信号の分布を取得することも可能である。そして、これらの異なる関数を組み合せてオフセット信号の分布を取得することも可能である。

　この場合、分布特性４０１のオフセットずれ成分に対応したシェーディングを補正する近似関数をＦ₁(ｘ,ｙ)とし、局所的な発熱源による分布特性４０２のオフセットずれ成分に対応したシェーディングを補正する近似関数をＦ₂(ｘ,ｙ)とおくと、オフセットずれ成分を補正した補正後のオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)は以下の数５式で取得することができる。

　すなわち、オフセット画像補正部６０４は、オフセット補正用画像Ｄ（ｘ、ｙ）から、シェーディングに含まれる複数の分布特性を示すオフセットずれ成分（Ｆ₁(ｘ,ｙ)、Ｆ₂(ｘ,ｙ)）を差分することにより、補正後のオフセット補正用画像を取得することができる。図４の例では、シェーディングに含まれる複数の分布特性４０１、４０２を例示しているが、この例に限られず、更に複数の分布特性がシェーディングに含まれる場合であっても同様である。

　本実施形態によれば、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することが可能になる。このように、遮光画素１２１のオフセット信号の情報をもとに、発熱源の配置位置や形状の情報を用いてオフセット補正画像のシェーディング補正を行うことで、温度変化などによって発生する低周波のシェーディングを精度よく補正することが可能になる。

　（第２実施形態）
　第２実施形態では、オフセット補正用画像と放射線画像とにおける、遮光画素の画素値の差分を求め、差分をもとにオフセットずれ成分を補間（フィッティング）することにより、オフセットずれ成分の分布を近似する点は第１実施形態と変わらないが、オフセットズレの補正の結果を、遮光画素の信号を読み出した画像の次以降のフレームに反映させることを特徴とする。この場合の処理フローを図５で説明する。

　図５は、本発明の第２実施形態のオフセット補正の流れを示す図である。本実施形態では、画像生成部６０５は、放射線画像から、放射線画像を取得したフレームよりも前のフレームで取得した補正後のオフセット補正用画像を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像を生成する。例えば、Ｎ枚目の画像に着目し、Ｎ枚目の放射線画像に対するオフセット補正には、１フレーム前であるＮ-１枚目に取得したオフセット補正用画像と放射線画像（図５の５００）とにおける、遮光画素の画素値の差分間における画素値の差分を求め、差分をもとにオフセットずれ成分を補間（フィッティング）することにより、オフセットずれ成分の分布を近似した結果であるＦ_Ｎ－１(ｘ,ｙ)を用いる。

　同様にＮ＋１枚目の放射線画像に対するオフセット補正には、１フレーム前であるＮ枚目に取得したオフセット補正用画像と放射線画像とにおける、遮光画素の画素値の差分間における画素値の差分を求め、差分をもとにオフセットずれ成分を補間（フィッティング）することにより、オフセットずれ成分の分布を近似した結果であるＦ_Ｎ(ｘ,ｙ)を用いる。

　撮影開始後、オフセットずれ成分を補正したＮ枚目における補正後のオフセット補正用画像Ｄ_N´(ｘ,ｙ)は、ステップＳ３０１で取得したオフセット補正用画像をＤ(ｘ,ｙ)とし、Ｎ枚目の遮光画素１２１の信号に基づいて計算されたオフセットずれ成分の分布を近似したフィッティング画像をＦ_N(ｘ,ｙ)とすると、以下の数６式で取得することができる。

　オフセット画像補正部６０４は、オフセット補正用画像Ｄ(ｘ,ｙ)から、Ｎ枚目のオフセットずれ成分Ｆ_N(ｘ,ｙ)を差分することにより、Ｎ枚目の補正後のオフセット補正用画像Ｄ_N´(ｘ,ｙ)を取得することができる。

　Ｎ枚目に撮影した被写体の放射線画像Ｘ(ｘ,ｙ)をオフセット補正する際は、Ｎ-１枚目オフセット補正画像の解析結果Ｄ_N-１´(ｘ,ｙ)を用いてオフセット補正を行う。オフセット補正前の被写体の放射線画像をＸ（ｘ,ｙ)とし、オフセット補正後の被写体の放射線画像をＸ´(ｘ,ｙ)とおくと、画像生成部６０５は以下の数７式で、オフセット補正後の放射線画像Ｘ´(ｘ,ｙ)を生成することができる。

　すなわち、画像生成部６０５は、Ｎ枚目におけるオフセット補正前の放射線画像Ｘ_Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０１）から、Ｎ－１枚目における補正後のオフセット補正用画像Ｄ´_Ｎ－１(ｘ,ｙ)（図５の５０２）を差分することにより、Ｎ枚目におけるオフセット補正後の被写体の放射線画像Ｘ´_Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０３）を生成することができる。

　同様に、画像生成部６０５は、Ｎ＋１枚目におけるオフセット補正前の放射線画像Ｘ_Ｎ＋１(ｘ,ｙ)（図５の５０４）から、Ｎ枚目における補正後のオフセット補正用画像Ｄ´_Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０５）を差分することにより、Ｎ枚目におけるオフセット補正後の被写体の放射線画像Ｘ´_Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０６）を生成することができる。

　図５に示した例では、遮光画素をもとに計算したオフセットずれ成分Ｆ(ｘ,ｙ)を１フレーム後の画像の補正に用いた例を示しているが、この例に限定されず、２フレーム以上後の画像の補正に用いることも可能である。

　このようにすることで以下のようなメリットがある。すなわち、第１実施形態のように遮光画素の解析結果を用いて、同一フレームの被写体の放射線画像に対してオフセット補正を行う場合、被写体の放射線画像を取得してから画像を表示させるまでの期間に、オフセット補正画像の補正値を計算しなければならず計算コストが多くかかるため、動画撮影において高速処理の妨げになる可能性がある。

　一方で、本実施形態のように、１フレーム以上後の被写体の放射線画像に対しオフセット補正用画像に基づいた補正を適用すると、撮影した放射線画像を表示する処理と、遮光画素の画素値の差分を求める処理（図３のＳ３０３）及びオフセットずれ成分の分布を近似するフィッティング及びオフセット補正用画像の補正処理（図３のＳ３０４）の処理と、を並列して行うことができ、画像の取得から表示までの演算処理の負担を低減するとともに、より短時間で撮影した画像表示を行うことが可能になる。

　（変形例）
　動画撮影において一枚の画像の遮光画素１２１の情報から逐一オフセット補正用画像のシェーディングを補正するのではなく、複数フレームにおいてオフセットずれ成分の分布を近似した関数をもとに行ってもよい。複数フレームの情報を用いて補正する場合の具体例として、リカーシブ処理などがある。

　オフセット画像補正部６０４は、複数のフレームで取得したオフセット信号の分布に対して、それぞれ異なるリカーシブ係数を設定し、各オフセット信号の分布を組み合せたリカーシブ処理に基づいて、オフセット信号の分布を取得することが可能である。

　ここで、リカーシブ係数をαとすると、例えば、Ｎフレーム目におけるオフセットずれ成分に対応したシェーディングを補正する近似関数Ｆ´_Ｎは、Ｎ－１フレーム目の近似関数Ｆ_Ｎ－１(ｘ,ｙ)と、Ｎフレーム目の近似関数Ｆ_Ｎ(ｘ,ｙ)とに基づいて、以下の数８式に基づいて取得することができる。

　リカーシブ処理を行うことのメリットは以下のようなものがある。例えば、１フレームの解析結果のみで画像を補正すると、解析値のばらつきによって画像のオフセット成分や低周波成分が１フレームごとにばらつき、フリッカのような画像違和感が生じてしまう場合が生じ得る。これは遮光画素数が一般に少なくノイズ成分が大きいために生じ得るもので、遮光画素１２１の数を多くすることでばらつきを低減することが可能であるが、遮光画素は画像上の欠損となり得るので、必要以上に多くの画素を配置することは一般にはできない。たとえば、放射線撮影装置において、欠損数は多くても１０００画素程度以内が求められている。

　また、ある特定の領域毎に補正すると、例えば、１０画素ｘ１０画素の１００画素の分割領域を補正しようとすると、各領域に配置できる遮光画素数は１０画素程度となってしまう。このような少数の遮光画素の情報で解析すると、遮光画素に発生するランダムノイズ成分をσとすると、(１／√１０)σゆらぐため、画像違和感として視認されてしまう可能性がある。

　リカーシブ処理によればランダムノイズ成分を抑えることが可能で、例えば、リカーシブ係数αを０．１とすればノイズの大きさはおよそ１／４程度になり、フリッカを抑制することが可能になる。リカーシブ係数αをより小さくすると、さらにフリッカの影響を抑えることができるが、一方で、最新の情報の影響度が小さくなり、変動に対する追従ができなくなるため、温度変化に対して補正が追従できなくなり得る。温度の変動周期は空調管理された病室において１０ｍｉｎ周期程度で管理されていると仮定すると、このような温度変動に対し効果的となるリカーシブ係数αの下限はα＝0.0001程度であり、この値以上の範囲において、リカーシブフィルタは熱変動に追従し、有効となる。従って、これらのことからリカーシブ係数αは、0.0001＜α＜0.1の範囲でより効果的である。この場合、オフセット画像補正部６０４は、リカーシブ係数を、0.0001より大きく、0.1より小さい範囲で設定し、オフセット信号の分布を取得することができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、遮光画素を用いたオフセット補正画像の補正を行うことで画像に現れるアーチファクトを低減し画質品位を高めることが可能となるが、上述の補正方法は一例で、これに限定されるものではなく、一般的な画像補正、特に低周波な画像補正であれば適用することは可能である。また、それぞれの画像取得のタイミングについても、以上に述べた順序に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

　（その他の実施形態）
　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

　本願は、２０１８年９月２８日提出の日本国特許出願特願２０１８－１８４９８０を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

　２００：放射線撮影装置、１００：検出部、１０１：撮影画素、１２１：遮光画素、６０１：ダーク画像取得部（画像取得部）、６０２：放射線画像取得部、６０３：差分取得部、６０４：オフセット画像補正部（補正部）、６０５：画像生成部 

Claims (20)

1. 　放射線に対して感度を有する撮影画素と、前記放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出手段を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置であって、
   　放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得手段と、
   　放射線の照射により取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得手段と、
   　前記差分を用いて取得した、前記画素領域における前記遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、前記オフセット補正用画像を補正する補正手段と、
   　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 　放射線を照射した状態で、前記撮影画素および前記遮光画素から取得した信号に基づいて前記放射線画像を取得する放射線画像取得手段を更に備え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. 　前記補正したオフセット補正用画像に基づいて、前記放射線画像におけるオフセット信号を補正した画像を生成する画像生成手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
4. 　前記画像取得手段は、取得した複数のダーク画像の平均画像をオフセット補正用画像として取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 　前記差分取得手段は、前記放射線を照射した状態で、前記撮影画素および前記遮光画素から取得した信号に基づいて取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する
   　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
6. 　前記補正手段は、前記差分に基づいて前記遮光画素のオフセット信号を補間し、前記補間に基づいて前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
7. 　前記補正手段は、前記遮光画素のオフセット信号を補間する関数に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
8. 　前記補正手段は、前記オフセット信号を補間する複数の関数に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項６または７に記載の放射線撮影装置。
9. 　前記補正手段は、前記放射線撮影装置に含まれる発熱源の配置位置からの距離に応じて前記オフセット信号の分布が変化する関数を設定し、前記設定した関数に基づいて前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項７または８に記載の放射線撮影装置。
10. 　前記補正手段は、前記放射線撮影装置に含まれる発熱源の位置または前記発熱源の形状の中央部をピークとする関数に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項７または８に記載の放射線撮影装置。
11. 　前記補正手段は、複数のフレームで取得した前記オフセット信号の分布に対して、それぞれ異なるリカーシブ係数を設定し、各オフセット信号の分布を組み合せたリカーシブ処理に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
12. 　前記補正手段は、前記リカーシブ係数を、0.0001より大きく、0.1より小さい範囲で設定し、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
13. 　前記補正手段は、前記オフセット補正用画像から前記分布に基づいたオフセットずれ成分を差分することにより、補正後のオフセット補正用画像を取得することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
14. 　前記画像生成手段は、前記放射線画像から補正後のオフセット補正用画像を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
15. 　前記画像生成手段は、前記放射線画像から、前記放射線画像を取得したフレームよりも前のフレームで取得した補正後のオフセット補正用画像を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
16. 　前記撮影画素は、前記画素領域において、各々の画素が隣接するように、等間隔に隙間なく配置され、
    　前記遮光画素は、前記画素領域において、各々の画素が周囲を前記撮影画素に囲まれるように配置され、かつ等間隔に画素領域全面に均等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
17. 　放射線に対して感度を有する撮影画素と、前記放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出手段を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影方法であって、
    　放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得工程と、
    　放射線の照射により取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得工程と、
    　前記差分を用いて取得した、前記画素領域における前記遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、前記オフセット補正用画像を補正する補正工程と、
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
18. 　放射線を照射した状態で、前記撮影画素および前記遮光画素から取得した信号に基づいて前記放射線画像を取得する放射線画像取得工程を更に有することを特徴とする請求項１７に記載の放射線撮影方法。
19. 　前記補正したオフセット補正用画像に基づいて、前記放射線画像におけるオフセット信号を補正した画像を生成する画像生成工程を更に有することを特徴とする請求項１７または１８に記載の放射線撮影方法。
20. 　コンピュータに、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の放射線撮影方法の各工程を実行させるためのプログラム。

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