WO2020066353A1 - 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第１の画素と、放射線に対して感度を有さない第２の画素とが、画素領域内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は、放射線を照射しない状態で第１の画素から取得した画像と第２の画素からの出力に基づいて取得した画像との差分情報に基づき、放射線を照射した状態で第１の画素から取得した放射線画像を補正する補正手段を備える。

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。

　放射線による、医療画像診断や非破壊検査に用いる放射線撮影装置として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ)などのスイッチと光電変換素子などの変換素子とを組み合わせた画素を有するマトリクス基板と、放射線を可視光に変換する蛍光体を組み合わせたフラットパネルディテクタ(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残像アーチファクト(以下、「残像」と略す)やオフセット成分などが発生することが知られている。

　放射線を照射しない条件で取得した画像（以下、「ダーク画像」と呼ぶ）には、残像とオフセット成分が重畳するため、残像の補正にはオフセット成分を精度よく抽出し、ダーク画像からオフセット成分を補正する必要がある。

　特許文献１では残像補正の方法として、残像の減衰量を推定する方法が提案されている。

特開２０１０－１３１２２３号公報

　特許文献１で提案されている残像補正では、オフセット成分の補正（以下、オフセット補正と呼ぶ）のためのオフセット成分取得方法として、放射線撮影装置のキャリブレーション時に取得した複数のダーク画像の平均画像を用いる方法が提案されている。

　しかしながら、ダーク画像のオフセット成分は、光電変換素子の温度や蓄積時間に応じて変化するため、補正方法では放射線画像撮影時のオフセット成分を補正することができない場合が生じ得る。また、特許文献１では、オフセット成分取得方法として、放射線画像撮影の直前に取得したダーク画像を用いる方法も提案されているが、対象となる放射線撮影以前に放射線が照射されている場合は、ダーク画像に残像が発生してしまうため、オフセット成分のみの取得ができず、オフセット補正の精度が低下してしまう。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、残像アーチファクトを低減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第１の画素と、前記放射線に対して感度を有さない第２の画素とが、画素領域内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前記第１の画素から取得した画像と前記第２の画素からの出力に基づいて取得した画像との差分情報に基づき、放射線を照射した状態で前記第１の画素から取得した放射線画像を補正する補正手段を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、残像アーチファクトを低減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。
実施形態１および２に係る放射線撮影装置の機能構成を例示する図。 実施形態１に係る放射線撮影装置のハードウェア構成を例示する図。 実施形態１および２に係る放射線撮影装置の処理の流れを説明する図。 第１の画素と第２の画素の配置レイアウトの例を示す図。 ダーク画像とオフセット画像の取得タイミング例を説明する図。 画素の出力値の例を示す図。 近似された残像の減衰特性を例示する図。 実施形態２に係る放射線撮影装置のハードウェア構成を例示する図。

　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。

　[実施形態１]
　まず本発明の実施形態１について説明する。図１は実施形態１に係る放射線撮影装置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１０は、第１の画素１１及び第２の画素１２を有する検出部１００、タイマー部１３、画像補間部１４、残像成分抽出部１５、減衰係数演算部１６および残像補正部１７を備える。放射線撮影装置は、放射線に対して感度を有する第１の画素と、放射線に対して感度を有さない第２の画素とが、画素領域内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。

　第１の画素１１は放射線に対して感度を有する光電変換素子を複数備えた画素であり、放射線撮影装置１０の駆動制御に基づいて画像を取得する。第１の画素１１は、放射線が入射されるときは放射線画像を取得し、放射線が入射されないときはダーク画像を取得することが可能である。放射線画像は、残像補正を実施しない場合はそのまま画像処理装置１９（図２）に送信され、残像補正を実施する場合には後述する残像補正部１７に送信される。ダーク画像には、残像成分とオフセット成分が含まれる。本実施形態においては、放射線撮影装置は残像の減衰曲線を算出するために複数の時刻でダーク画像を取得する。複数のダーク画像は、残像成分抽出部１５に送信される。

　第２の画素１２は放射線に対して感度を有さない光電変換素子を備えた画素であり、画素のオフセット成分を含む画像（以下、オフセット画像と呼ぶ）を取得する。本実施形態においては、残像の減衰曲線を算出するために複数の時刻でオフセット画像を取得する。複数のオフセット画像は画像補間部１４に送信される。

　タイマー部１３（計時部）は放射線撮影装置１０の起動時刻からの経過時間を逐次取得する。特に、放射線撮影装置１０の起動時刻からダーク画像の取得時刻およびオフセット画像の取得時刻までの経過時間は、減衰係数演算部１６へ送信される。また、放射線撮影装置１０の起動時刻から放射線画像の撮影時刻までの経過時間は残像補正部１７へ送信される。

　画像補間部１４は、第２の画素１２からの複数の入力画像に基づいて画素間の出力を推定し補間することで、画素数が少なく解像度の粗い画像から有効画素領域全面の画像を生成する。本実施形態においては、画像補間部１４には、第２の画素１２からオフセット画像が入力され、オフセット画像に基づいて画素間の出力を推定し、ダーク画像の持つ解像度まで補間される。画像補間部１４は、第２の画素１２からの複数の入力画像に基づいて画素間の出力を推定し補間する。画像補間部１４は、第２の画素１２からの出力に基づいて取得した画像を、補間の結果に基づいた補間画像（補間されたオフセット画像）として取得する。

　残像成分抽出部１５は、放射線を照射しない状態で第１の画素１１から取得した画像と補間されたオフセット画像とを差分し、差分した画像成分を残像成分画像として抽出する。すなわち、残像成分抽出部１５は、第１の画素から入力されたダーク画像と画像補間部１４により補間されたオフセット画像（以下、補間後オフセット画像と呼ぶ）とを差分し、残像成分の抽出を行う。残像成分は残像成分画像として減衰係数演算部１６へ送信される。本実施形態においては、残像の減衰曲線を算出するために複数の時刻における残像成分を抽出する。

　減衰係数演算部１６は、放射線撮影装置１０の起動時からの経過時間情報と、複数の時刻における残像成分画像とに基づいて、残像成分の減衰特性を演算する。すなわち、減衰係数演算部１６は、タイマー部１３から送信された、放射線撮影装置１０の起動時からの経過時間情報と、残像成分抽出部１５から送信された複数の時刻における残像成分画像に基づいて残像の減衰曲線を演算する。減衰係数演算部１６は、残像成分の減衰特性を示す減衰曲線を、最小二乗法による関数の回帰分析を用いた近似処理に基づいて取得する。近似処理には、例えば、指数関数を用いることが可能であり、減衰係数演算部１６は、指数関数の回帰分析を用いた近似処理に基づいて残像成分の減衰特性を示す減衰曲線を取得する。詳細な演算方法については後述する。残像の減衰曲線情報は残像補正部１７に送信される。

　残像補正部１７は、放射線を照射しない状態で第１の画素１１から取得した画像と第２の画素１２からの出力に基づいて取得した画像（補間後オフセット画像）との差分情報に基づき、放射線を照射した状態で第１の画素１１から取得した放射線画像を補正する。残像補正部１７は、放射線を照射しない状態で第１の画素から取得した画像を取得した時刻と放射線画像を取得した時刻との間の経過時間に対する差分情報の変化に基づいて、放射線画像の補正を行う。すなわち、残像補正部１７は、タイマー部１３から送信された、放射線撮影装置１０の起動時からの経過時間情報と、減衰係数演算部１６から送信された残像の減衰曲線情報とに基づき、放射線画像の撮影時における残像成分画像を推定する。残像補正部１７は放射線画像撮影時の残像成分画像を第１の画素から送信された残像補正対象の放射線画像から差分することで残像補正を実施する。

　図２は、本実施形態に係る放射線撮影装置１０のハードウェア構成を示す図である。放射線撮影装置１０は、図２に示すように放射線発生装置１８、画像処理装置１９、および表示装置２０と接続されている。放射線発生装置１８は放射線撮影装置１０内の図示されない制御部の制御に基づき、被写体に向けて放射線を照射する。

　放射線撮影装置１０内の第１の画素１１は被写体を透過した放射線を検出して画像へ変換することにより、被写体の放射線画像を取得する。放射線画像は放射線撮影装置１０から画像処理装置１９へと送信され画像処理を施された後、表示装置２０により表示される。

　放射線撮影装置１０は、検出部１００、タイマー部１３、画像補間部１４、残像成分抽出部１５、減衰係数演算部１６、残像補正部１７、および図示されない制御部を備える。

　検出部１００は、第１の画素１１、第２の画素１２、電源回路１０３、ドライブ回路１０４、アンプＩＣ回路１０５、ＡＤコンバータ１０６、およびマルチプレクサ１０７を備える。第１の画素１１は、放射線もしくは可視光信号が光電変換素子に入射する構造を持つ光電変換素子を複数備え、放射線信号もしくは放射線信号から蛍光体により変換された可視光信号に対し感度を有する。

　第２の画素１２は、放射線の入射面に、例えば、放射線もしくは可視光信号を遮光する金属膜を備える光電変換素子（オプティカルブラック）を複数備え、放射線信号もしくは放射線信号から蛍光体により変換された可視光信号に対し感度を有さない。第１の画素１１と第２の画素１２の配置レイアウトについては、限定を設けないが、例えば、本実施形態１では、第２の画素１２の画素数は第１の画素１１の画素数よりも少なく配置される例を説明する。

　図４は、第１の画素１１及び第２の画素１２の配置レイアウトの例を示す図であり、図４において、第２の画素１２は、４画素周期で配置されている。本実施形態では、例えば、図４に示すように、第１の画素１１及び第２の画素１２が二次元のアレイ状に配置されている。

　第１の画素１１は、有効画素領域において、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、かつ有効画素領域全面をカバーするように配置される。一方、第２の画素１２は、有効画素領域において、各々の画素が周囲を第１の画素１１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。第２の画素１２は、第１の画素１１より低密度で有効画素領域に配置されている。これは、有効画素領域全面のオフセット成分を精度よく取得するためである。

　画像補間部１４は、第２の画素１２からの出力を第２の画素の配列ピッチよりも細かい配列ピッチで２次元的に補間した出力に基づいて補間画像（補間されたオフセット画像）を取得する。画像補間部１４により補間された補間画像は、放射線を照射しない状態で第１の画素１１から取得した画像の解像度と同じ解像度を有する。

　各々の光電変換素子はそれぞれ素子ごとに用意されたＴＦＴスイッチに接続されており、ＴＦＴスイッチの開閉に伴い、光電変換素子に蓄積された電荷が読み出される。各々の光電変換画素は電源回路１０３、ドライブ回路１０４、アンプＩＣ回路１０５に接続されている。

　電源回路１０３は図示されない制御部からの制御信号に基づき、第１の画素１１と第２の画素１２にバイアス電圧を印加する。ドライブ回路１０４は図示されない制御部からの制御信号に基づき、第１の画素１１と第２の画素１２が備えるＴＦＴスイッチの開閉を行う。アンプＩＣ回路１０５は読み出された電荷を増幅しＡＤコンバータ１０６へ送信する。アンプＩＣ回路１０５、およびドライブ回路１０４は、検出部１００内において複数配置されていても良いし、検出部１００の片側のみに配置されていても両側に配置されていても構わない。ＡＤコンバータ１０６は、読み出されたアナログ信号の電荷をデジタル信号へ変換し、マルチプレクサ１０７へ送信する。ＡＤコンバータは複数配置されていても良い。マルチプレクサ１０７はデジタル信号を複数のＡＤコンバータから入力される複数のデジタル信号を１つのデータストリームに変換し、画像信号として画像補間部１４、残像成分抽出部１５および残像補正部１７に送信する。第１の画素１１及び第２の画素１２に対する、電源回路１０３、ドライブ回路１０４、およびアンプＩＣ回路１０５の配線を、第１の画素１１と第２の画素１２とで独立に構成してもよいし、配線を共有するように構成してもよい。

　タイマー部１３は経過時間取得回路１３１を備える。経過時間取得回路１３１としては、例えば、タイマーＩＣなどの集積回路を用いてもよいし、ＰＣ上でソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。タイマー部１３は、放射線撮影装置１０の起動時からの経過時間を取得する。経過時間取得回路１３１は、画像取得などのイベントが発生した際にイベントの発生時刻を図示されない制御部からの制御信号に基づいて減衰係数演算部１６、もしくは残像補正部１７に送信する。

　画像補間部１４は画像補間回路１４１を備える。画像補間回路１４１としては、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を用いてもよいし、ＰＣ上でソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。画像補間回路１４１は、第２の画素１２から受け取ったオフセット画像に対して補間処理を施し、第１の画素１１と同じ解像度を持つ画像に変換する。

　残像成分抽出部１５は画像差分回路１５１を備える。画像差分回路１５１としては集積回路を用いてもよいし、ＰＣ上でソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。画像差分回路１５１は、第１の画素１１から受け取ったダーク画像と画像補間部１４から受け取った補間後オフセット画像とを差分し、残像成分画像を生成する。残像成分画像は減衰係数演算部１６へ送信される。

　減衰係数演算部１６は近似式演算回路１６１を備える。近似式演算回路１６１としては集積回路を用いてもよいし、ＰＣ上でソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。近似式演算回路１６１は、タイマー部１３から受け取った放射線撮影装置１０の起動時からの経過時間情報と、残像成分抽出部１５から受け取った残像成分画像とに基づいて残像の減衰曲線の回帰分析を行う。近似式演算回路１６１は、回帰分析の結果として得られた残像の減衰曲線に関する情報（例えば、近似式の種類、パラメータなど）を残像補正部１７に送信する。

　残像補正部１７は、残像成分画像生成回路１７１と残像補正回路１７２とを備える。残像成分画像生成回路１７１、および残像補正回路１７２としては集積回路を用いてもよいし、ＰＣ上でソフトウェアを用いて処理する構成にしてもよい。残像成分画像生成回路１７１は、減衰係数演算部１６から受け取った残像の減衰曲線に関する情報と、タイマー部１３から受け取った経過時間情報に基づき、残像補正対象の放射線画像の撮影時の残像成分画像を生成する。残像成分画像生成回路１７１は上記の情報（残像の減衰曲線に関する情報、経過時間情報）に基づいて残像補正対象の放射線画像が撮影された時刻における残像成分画像を推測し、残像補正回路１７２へ送信する。残像補正回路１７２は、第１の画素１１から受け取った残像補正対象の放射線画像から、残像成分画像生成回路１７１から受け取った残像成分画像を差分することで放射線画像の残像補正を行う。残像補正回路１７２は、残像補正済みの放射線画像を画像処理装置１９へ送信する。

　次に図３を参照しながら、本実施形態に係る放射線撮影装置１０の処理について説明する。図３は放射線撮影装置１０の処理の流れを説明する図である。

　ステップＳ３０１において、放射線撮影装置１０に電源が投入されると、図示されない制御部からの駆動制御に基づいて検出部１００にバイアス電圧が印加される。例えば、検出部１００の電源回路１０３から第１の画素１１および第２の画素１２にバイアス電圧が供給され、第１の画素１１は入射の放射線信号ないしは可視光信号に基づく画像成分に対応した電荷を蓄積可能な状態とし、第２の画素１２はオフセット画像成分に対応した電荷を蓄積可能な状態とする。光電変換素子の立ち上がり特性により、検出部１００からの出力が不安定になる場合、制御部は、バイアス電圧印加から一定の期間放射線撮影を禁止するように撮影を制御することが可能である。

　また、ドライブ回路１０４は放射線撮影装置１０への電源投入後、制御部からの駆動制御に基づいて、撮影待機駆動を開始する。撮影待機駆動の方法は特に限定しないが、例えば定期的にＴＦＴスイッチを開閉し、入射信号によらない電荷を排出する。図示されない操作者は、放射線撮影装置１０が撮影準備状態に入ったことを、放射線撮影装置１０の第１のユーザーインターフェースなどで確認を行う。その後、操作者は、放射線撮影装置１０に対して、図示されない被検者の位置合わせを行った後、図示されない第２のユーザーインターフェースを介して放射線発生装置１８に対して放射線の照射要求の信号を送信する。一方で、放射線撮影装置１０には第１のユーザーインターフェースを介して撮影開始の信号を送信する。

　放射線撮影装置１０の制御部は、放射線が照射されたことを確認した後、撮影待機駆動を中止して第１の画素１１および第２の画素１２を蓄積状態とする。放射線が照射されたことを確認するための構成としては特に限定しないが、例えば、放射線撮影装置１０と放射線発生装置１８との間で通信が可能な本実施形態１の場合は、放射線発生装置１８から、操作者からの撮影開始の信号を取得して確認しても良い。実施形態１において、通信方式は特に限定しないが、例えば、放射線撮影装置１０と放射線発生装置１８との間での通信は、有線または無線により行うことが可能である。

　第１の画素１１に蓄積した電荷はアンプＩＣ回路１０５による増幅、ＡＤコンバータ１０６によるアナログ信号からデジタル信号への変換、マルチプレクサ１０７によるデータストリーム化を経て、第１の放射線画像として画像処理装置１９へ送信される。

　画像処理装置１９は、第１の放射線画像に対して、オフセット補正、画素ごとの感度ばらつき補正、画素欠陥の補正処理、周波数処理、ノイズ低減処理、階調処理などの画像処理を施した後に、表示装置２０へ送信する。オフセット補正には、放射線照射前の期間に、第１の画素１１を用いて、放射線を照射しない条件で取得したダーク画像や、同じく放射線照射前の期間に、第２の画素１２を用いて、放射線を照射しない条件で取得したオフセット画像を、画像補間回路１４１で補間した画像を用いてもよい(これら放射線画像のオフセット補正に用いる画像を、以後、固定ダーク画像と呼ぶ)。

　固定ダーク画像の取得方法は特に限定しないが、例えばノイズ成分低減のために、複数枚取得してそれらの平均画像を使用しても構わない。電荷読み出しによっても第１の画素１１に電荷が残存するようなセンサ構成の場合には、図示されない制御部は第１の画素１１の残存電荷を排出するためのリフレッシュ駆動を行うように制御することが可能である。リフレッシュ駆動は特に限定しないが、例えば、第１の画素１１に印加されているバイアス電圧の符号を反転し、光電変換素子内の電荷を積極的に排出する駆動を制御することが可能である。

　ステップＳ３０２において、制御部は第１の画素１１および第２の画素１２を再び蓄積状態とし、放射線が照射されない条件のもと画像撮影を行う。第１の画素１１からはダーク画像が得られ、第２の画素１２からはオフセット画像が得られる。第１の画素１１からのダーク画像と第２の画素１２からのオフセット画像は、例えば、図５Ａの読み出しタイミングの例に示されるように、同じタイミングで撮影されるか、もしくは一定の周期で、交互にそれぞれ複数枚撮影される。この時、ダーク画像には直前の放射線照射により第１の画素１１に発生した残像と、オフセット成分とが含まれる。一方、第２の画素１２から得られたオフセット画像にはオフセット成分のみが含まれる。

　第１の画素１１からのダーク画像と、第２の画素１２からのオフセット画像に基づいて取得される補間後オフセット画像とは、画像差分回路１５１において差分処理でペアとなる画像である。

　図５Ｂは、画素の出力値の例を示す図であり、横軸は時刻の経過を示し、縦軸は画素出力平均値を示している。図中の「○」はダーク画像の画素出力平均値（ダーク画素値）を示し、「△」はオフセット画像の画素出力平均値（オフセット画素値）を示している。

　オフセット画像の画素出力平均値は経時的にほぼ一定であるが、ダーク画像の画素出力平均値は時間の経過とともに減少する傾向を示している。画素出力平均値が減少傾向を示すのは、ダーク画像においては、直前の放射線照射により残像成分とオフセット成分とが含まれるが、残像成分が経時的に減衰するためである。精度よく残像を補正するためには、残像成分の減衰を精度よく推定することが必要となる。

　第１の画素１１から得られた複数のダーク画像は、残像成分抽出部１５の画像差分回路１５１へ送信され、第２の画素１２から得られた複数のオフセット画像は画像補間部１４の画像補間回路１４１に送信される。また、経過時間取得回路１３１は、ダーク画像、オフセット画像の撮影ごとに、その撮影時刻を記録し、撮影時刻情報を減衰係数演算部１６の近似式演算回路１６１へ送信する。

　ステップＳ３０３において、画像補間回路１４１は受け取った複数のオフセット画像に対して画素間の出力（オフセット成分）を推定し、補間する補間処理を行う。補間処理により、オフセット画像は、第１の画素１１の出力に基づいて取得される画像（例えば、放射線を照射した状態で取得した第１の放射線画像、または、放射線を照射しない状態で第１の画素から取得したダーク画像）と同じ解像度を有する画像へ変換される。補間処理の演算内容に特に限定は設けないが、例えば本実施形態においては、補間処理として、最小二乗法による２次曲面の回帰分析を用いた近似処理を用いることとする。ここで、オフセット画像の画素値をＰＶ(ｘ_i,ｙ_i)、近似された２次曲面をＰＶ'(ｘ_i,ｙ_i)とすると、ＰＶ'(ｘ_i,ｙ_i)は、 以下の（１）式により表すことができる。

　ａ_k（ｋ=１～６）はこの２次曲面を定めるパラメータであって、ａ_kは、以下の(２)式で表される２乗誤差ε²が最小となるように定められる。

　画像補間回路１４１は、以上の演算により近似された２次曲面ＰＶ'(ｘ_i,ｙ_i)を、補間後オフセット画像として扱い、残像成分抽出部１５の画像差分回路１５１に送信する。

　ステップＳ３０４において、画像差分回路１５１は、第１の画素１１から受け取った複数のダーク画像から、画像補間回路１４１から受け取った複数の補間後オフセット画像を差分して残像成分画像を生成する。この時、残像成分の抽出精度向上のため、画像差分回路１５１がダーク画像と差分する補間後オフセット画像は、図５Ａに示す通り、ダーク画像の撮影と同時に撮影したオフセット画像か、もしくは時間的に連続して測定したオフセット画像に基づいた補間後オフセット画像である必要がある。画像補間回路１４１は、以上に記載した差分演算を、複数のダーク画像および複数の補間後オフセット画像に施し、その結果得られた複数の残像成分画像を、減衰係数演算部１６の近似式演算回路１６１へ送信する。

　ステップＳ３０５において、近似式演算回路１６１は、画像差分回路１５１から受け取った複数の残像成分画像を、決定された演算領域に分ける。これは残像の減衰率がセンサ膜厚や温度分布によって、検出部１００の検出面内で異なるためである。例えば、センサ膜厚が薄ければ、センサ内の電場強度が大きく、残存電荷を排出しやすくなるため残像の減衰率が大きくなり、一方、センサ膜厚が厚ければ、センサ内の電場強度が小さく、残像電荷を排出しづらくなるため残像の減衰率が小さくなる。またセンサ内の温度が高ければ残存電荷がトラップ電位から解放されやすくなるため残像の減衰率は大きくなり、センサ内の温度が低ければ逆に残像の減衰率は小さくなる。

　演算領域は、残像成分の均一性に鑑みて決定される。例えば、残像成分の面内均一性が高い場合は、残像成分画像の有効画素領域全面の平均値を単体の残像成分として抽出すればよいし、残像成分が面内で大きくばらつく場合には、残像成分画像を複数の演算領域に分割し、各々の演算領域内の平均値を残像成分として抽出すればよい。

　減衰係数演算部１６は、有効画素領域における面内の残像成分が均一の場合（所定の閾値未満の場合）、残像成分画像の画素領域全面の平均値を残像成分として取得する。一方、減衰係数演算部１６は、有効画素領域における面内の残像成分が、所定の閾値を超えてばらつく場合には、残像成分画像を複数の演算領域に分割し、各々の演算領域内の平均値を残像成分として抽出する。ここで、複数の演算領域は、検出部１００におけるセンサ膜厚の情報または検出部の内部に生じ得る温度分布に基づいて、有効画素領域を分割することにより設定される。

　一例として、画素ごとに残像の減衰特性が大きく異なる場合には、演算領域を各画素に設定することも可能である。近似式演算回路１６１は、抽出した残像成分と、経過時間取得回路１３１から受け取った複数の画像の撮影時刻情報から、残像成分の減衰曲線を近似する。近似の方法は、例えば、本実施形態においては、最小二乗法による指数関数の回帰分析を用いた近似処理を用いることとするが、近似に用いる関数は指数関数に限られず、どのような関数を用いて近似処理を行っても構わない。ｎ番目の演算領域におけるオフセット画像の画素値をＬ_n(ｔ_i)、近似された指数関数をＬ_n'(ｔ_i)とすると、Ｌ_n'(ｔ_i)は、 以下の（３）式により表すことができる。

　図６は、（３）式で近似された残像の減衰特性を示す減衰曲線を例示する図であり、横軸は時刻経過を示し、縦軸は残像成分（残像成分）を示している。減衰曲線において、任意の時刻ｔｉに対応して残像成分Ｌ_n'(ｔ_i)を特定することができる。

　ｂ_kn（ｋ=１～３）は残像の減衰曲線の形状を定めるパラメータ（以下、減衰係数と呼ぶ）であって、ｂ_knは、以下の（４）式で表される２乗誤差ε² _nが最小となるように定められる。

　減衰係数演算部１６の近似式演算回路１６１は、複数の演算領域が設定されている場合、演算領域ごとに、残像成分の減衰特性を示す減衰曲線を取得する。近似式演算回路１６１は、上記の演算を、演算領域（ＲＯＩ）を変えながら、設定された演算領域の数だけ繰り返して実施する。近似式演算回路１６１は、以上の近似処理を経て演算した減衰係数ｂ_kn（ｋ=１～３）を、残像補正部１７の残像成分画像生成回路１７１に送信する。

　ここで、ステップＳ３０２からステップＳ３０５までのステップは、ダーク画像を取得する必要があるため、放射線が照射されない状態を保持することが必要である。そのため、もしこの期間に操作者から第２のユーザーインターフェースを介して放射線の照射要求が入力された場合、放射線発生装置１８と通信可能な放射線撮影装置１０の制御部が放射線発生装置１８に照射禁止の要求を送信し、この期間中の放射線の照射を禁止する。尚、制御部はステップＳ３０５の終了時に、残像補正用の測定および準備が完了した旨をユーザーインターフェースに通知するように放射線撮影装置１０を制御することができる。

　ステップＳ３０６において、放射線撮影装置１０は、放射線画像撮影を行う。操作者の操作に基づいて、被写体の位置合わせを行い、図示されない第２のユーザーインターフェースを介して放射線発生装置１８に対して放射線の照射要求を送信する。その後、検出部１００は、ステップＳ３０１と同様の処理を経て、第２の放射線画像を取得する。検出部１００は、第２の放射線画像を残像補正部１７の残像補正回路１７２へ送信する。また、経過時間取得回路１３１は第２の放射線画像の取得時刻を取得し、取得時刻情報を、残像補正部１７の残像成分画像生成回路１７１へ送信する。

　ステップＳ３０７において、残像補正部１７の残像成分画像生成回路１７１は、残像成分の減衰特性を示す減衰曲線の情報に基づいて、放射線画像の撮影時における残像成分画像を推定する。すなわち、残像成分画像生成回路１７１は、近似式演算回路１６１から受け取った減衰係数ｂ_kn(ｋ=１～３)と経過時間取得回路１３１から受け取った第２の放射線画像の取得時刻情報とに基づいて、第１の放射線撮影時に発生し、第２の放射線画像の取得時に残存する残像成分を推定する。残像成分の推定は、演算領域ごとに実施され、演算領域の数だけ繰り返し実施される。

　ステップＳ３０８において、残像補正部１７の残像補正回路１７２は、残像成分画像を、放射線を照射した状態で取得した放射線画像から差分することにより補正を行う。すなわち、残像補正回路１７２は検出部１００から受けとった第２の放射線画像から、演算領域ごとに残像成分画像生成回路１７１から受け取った残像成分画像を差分し、残像補正後画像を生成する。残像補正回路１７２は、残像補正後画像を画像処理装置１９へ送信する。

　画像処理装置１９は残像補正後画像に画素ごとの感度ばらつき補正、画素欠陥の補正処理、周波数処理、ノイズ低減処理、階調処理などの画像処理を施した後に表示装置２０へ送信する。

　ステップＳ３０９において、操作者から第１のユーザーインターフェースを介して撮影終了の信号が送信された場合（Ｓ３０９－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３１０へ進められる。一方、撮影終了の要求が送信されない場合（Ｓ３０９－Ｎｏ）、放射線撮影装置１０の制御部は放射線撮影が継続されるものと判断し、第２の放射線画像撮影に起因する残像成分取得のため、処理をＳ３０２へ戻し、同様の処理を実行する。

　ステップＳ３１０において、制御部は検出部１００に印加したバイアス電圧を０Ｖとし、さらに検出部１００の撮影待機駆動を終了させる。

　実施形態１によれば、オフセット成分を正しく抽出することで正しく残像成分を抽出して残像補正を行うことで、残像アーチファクトを低減することが可能になる。

　[実施形態２]
　次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２では、放射線撮影装置１０と放射線発生装置１８の間で通信ができない構成について説明する。実施形態２の放射線撮影装置１０の機能的な構成は実施形態１と同様の構成である。一方、実施形態２のハードウェア構成については、図７に示すように、放射線撮影装置７０と放射線発生装置７８の通信ができない構成となっている部分が実施形態１との差分である。

　実施形態２における放射線撮影装置の処理フローについては図３で説明した実施形態１の処理フローと基本的に同様であるが、実施形態１の処理フローと以下の点で相違する。実施形態２では放射線撮影装置７０は放射線発生装置７８と通信できない構成であるため、放射線が照射されたことを確認するための信号として、放射線発生装置１８から、操作者からの撮影開始の信号を取得することができない。

　実施形態２では、ステップＳ３０１において、放射線撮影装置７０が放射線の照射の有無を確認するときに、例えば、照射された放射線を第１の画素７１で直接検知した検知結果を用いることにより、放射線照射の有無を確認することができる。

　また、ステップＳ３０２からステップＳ３０５までのステップ中では、ダーク画像を取得する必要があるため、放射線が照射されない状態を保持することが必要である。しかし、実施形態２の場合は、放射線撮影装置７０と放射線発生装置７８との間で直接通信ができない構成であるため、放射線撮影装置７０は放射線発生装置７８からの放射線の照射を直接的に禁止することができない。そのため、放射線撮影装置７０の制御部は、ステップＳ３０２からステップＳ３０５までの各ステップ中において、放射線が照射されると、放射線照射で撮影された放射線画像には残像補正が適用されない旨をユーザーインターフェースに表示する表示制御する。

　それでも操作者から第２のユーザーインターフェースを介して放射線の照射要求が入力されてしまった場合、放射線撮影装置７０において照射された放射線を検知後に、制御部は、ダーク画像およびオフセット画像の取得を中止し、第１の画素７１を蓄積状態へと移行させる。このとき、ダーク画像を取得している最中だった場合は、第１の画素７１の蓄積状態への移行を継続し、そのまま放射線信号の蓄積を行う。もしダーク画像を取得しているか、画像撮影の間だった場合には、その時点で実施している駆動を中止し、第１の画素７１を蓄積状態へ移行させる。

　ステップＳ３０２からステップＳ３０５までの間に放射線が照射されてしまった場合には、放射線撮影装置７０は、放射線検知直前の、放射線が照射されていない期間を同定し、その期間中に取得したダーク画像およびオフセット画像のみに基づいて、残像曲線の推定を行い、残像補正する。

　実施形態２によれば、オフセット成分を正しく抽出することで正しく残像成分を抽出して残像補正を行うことで、残像アーチファクトを低減することが可能になる。

　（ソフトウェアプログラム）
　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２０１８－１８４９８１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。

　１０：放射線撮影装置、１１：第１の画素、１２：第２の画素、１３：タイマー部、１４：画像補間部、１５：残像成分抽出部、１６：減衰係数演算部、１７：残像補正部、１８：放射線発生装置、１９：画像処理装置、２０：表示装置、１００：検出部

Claims (19)

1. 　放射線に対して感度を有する第１の画素と、前記放射線に対して感度を有さない第２の画素とが、画素領域内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前記第１の画素から取得した画像と前記第２の画素からの出力に基づいて取得した画像との差分情報に基づき、放射線を照射した状態で前記第１の画素から取得した放射線画像を補正する補正手段
   　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 　前記補正手段は、前記画像を取得した時刻と前記放射線画像を取得した時刻との間の経過時間に対する前記差分情報の変化に基づいて、前記放射線画像の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 　前記補正手段は、前記画素領域が複数の演算領域に分割された各々の演算領域ごとに前記放射線画像の補正を行う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. 　前記第２の画素からの複数の入力画像に基づいて画素間の出力を推定し補間する画像補間手段を更に備え、
   　前記画像補間手段は、前記第２の画素からの出力に基づいて取得した画像を、前記補間の結果に基づいた補間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. 　前記画像補間手段は、前記第２の画素からの出力を前記第２の画素の配列ピッチよりも細かい配列ピッチで２次元的に補間した出力に基づいて前記補間画像を取得することを特徴とする請求項４に記載の放射線撮影装置。
6. 　前記補間画像は、前記放射線を照射しない状態で前記第１の画素から取得した画像の解像度と同じ解像度を有することを特徴とする請求項４または５に記載の放射線撮影装置。
7. 　前記放射線を照射しない状態で前記第１の画素から取得した画像と前記補間画像とを差分し、前記差分した画像成分を残像成分画像として抽出する抽出手段を更に備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
8. 　前記放射線撮影装置の起動時からの経過時間情報と、複数の時刻における残像成分画像とに基づいて、残像成分の減衰特性を演算する演算手段を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
9. 　前記演算手段は、前記残像成分の減衰特性を示す減衰曲線を、最小二乗法による関数の回帰分析を用いた近似処理に基づいて取得することを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
10. 　前記演算手段は、指数関数の回帰分析を用いた近似処理に基づいて前記残像成分の減衰特性を示す減衰曲線を取得することを特徴とする請求項９に記載の放射線撮影装置。
11. 　前記演算手段は、
    　前記画素領域における面内の残像成分が均一の場合、前記残像成分画像の画素領域全面の平均値を残像成分として取得し、
    　前記画素領域における面内の残像成分が、閾値を超えてばらつく場合には、前記残像成分画像を複数の演算領域に分割し、各々の演算領域内の平均値を残像成分として抽出することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
12. 　前記複数の演算領域は、前記検出手段におけるセンサ膜厚の情報または前記検出手段の内部に生じ得る温度分布に基づいて、前記画素領域を分割することにより設定され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. 　前記演算手段は、前記複数の演算領域が設定されている場合、演算領域ごとに、前記残像成分の減衰特性を示す減衰曲線を取得することを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮影装置。
14. 　前記補正手段は、前記残像成分の減衰特性を示す減衰曲線の情報に基づいて、前記放射線画像の撮影時における残像成分画像を推定することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
15. 　前記補正手段は、前記残像成分画像を、前記放射線を照射した状態で取得した前記放射線画像から差分することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮影装置。
16. 　前記第１の画素は、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、
    　前記第２の画素は、前記画素領域において、各々の画素が周囲を前記第１の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. 　前記第２の画素は、前記第１の画素より低密度で前記画素領域に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
18. 　放射線に対して感度を有する第１の画素と、前記放射線に対して感度を有さない第２の画素とが、画素領域内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における放射線撮影方法であって、前記放射線撮影方法が、
    　放射線を照射しない状態で前記第１の画素から取得した画像と前記第２の画素からの出力に基づいて取得した画像との差分情報に基づき、放射線を照射した状態で前記第１の画素から取得した放射線画像を補正する補正工程
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
19. 　コンピュータに、請求項１８に記載の放射線撮影方法の工程を実行させるためのプログラム。

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