説明

放射線撮像装置

【課題】 簡易画像処理表示の高速化を図る。
【解決手段】 放射線撮像装置は、撮像素子で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理回路と、その変換された信号データを間引き転送レートに従い、信号データを間引き制御するセレクター回路と、その信号処理回路により変換された撮像素子の暗電流に対する信号データと、間引き制御された信号データとに基づき暗電流補正を施した画像データを簡易表示画像として表示する表示制御部と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被写体に放射線を照射し被写体を透過した放射線強度分布である被写体信号を、光電変換素子を含む撮像素子により形成する放射線撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
対象物に放射線を照射し、対象物を透過した放射線の強度分布を検出し、対象物の放射線画像を得る方法は、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。対象物の放射線画像を得るための具体的な撮影方法で、最も一般的な方法は、放射線で蛍光を発するいわゆる"蛍光板"(もしくは、増感紙)と銀塩フィルムを組み合わせ、放射線を対象物を介して照射し、蛍光板で放射線を可視光に変換し、銀塩フィルム上に潜像を形成した後、この銀塩フィルムを化学処理し、可視像を得る方法である。この撮影方法で得られた放射線画像はいわゆるアナログ写真であり診断、検査等に使用される。
【0003】
一方、最近では受像手段として微少な光電変換素子、スイッチング素子等からなる画素を格子状に配列した光電変換装置を使用し、デジタル画像を取得する技術が開発されている。CCDまたはアモルファスシリコンの2次元撮像素子上に蛍光体を積層した放射線撮影装置として、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5等が開示されている。これらの撮影装置は取得した画像データを即時に表示することが可能であり、直接デジタル撮影装置と呼べる。
【0004】
デジタル撮影装置のアナログ写真技術に対する利点としては、次のことが挙げられる。
【0005】
すなわち、フィルムレス化、画像処理による取得情報の拡大、データベース化等である。また、直接デジタル撮影装置の間接デジタル撮影装置に対する利点としては即時性が挙げられる。撮影した画像をその場で瞬時に表示出来ることは急を要する医療現場においては有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第5418377号明細書
【特許文献2】米国特許第5396072号明細書
【特許文献3】米国特許第5381014号明細書
【特許文献4】米国特許第5132539号明細書
【特許文献5】米国特許第4810881号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、 CCD、アモルファスシリコン等の受光方式によらず2次元撮像素子においては無信号状態でも暗電流が蓄積される特性があり、微少信号の撮影においてはノイズの一因となり、また高階調(=4096階調程度)撮影においては画質を低下させる原因にもなる。また、この暗電流は周囲の温度等によって変化するため、一連の撮影シーケンスにおいて撮影する必要がある。そのため、撮影スタートからモニターに表示するには3〜4秒程度の時間がかかってしまう。
【0008】
このデジタル画像を取得する放射線撮影装置の構成図を図5に示す。図5において、1は放射線撮像手段(以下、「センサユニット」とする。)、2はコントロールPC、20はモニター、21はプリンター、22はデータ保存装置である。
【0009】
101は2次元撮像素子であり、102は2次元撮像素子101から出力される撮像信号レベルのゲイン調整をするアンプ回路である。103はアナログの撮像信号をデジタルに変換するA/D変換器であり、104はA/D変換器103より出力されるデジタル信号を1ライン分記憶させるためのラインメモリ、105は2つのラインメモリ104の出力を1ラインのシリアル信号出力に変換するマルチプレクスICである。
【0010】
また、2次元撮像素子101で必要とされる駆動パルスやA/D変換器103で必要とされるサンプリングパルスおよびその他の必要なタイミング信号はパルス発生器108より供給される。パルス発生器108は109のMPUによりコントロールされている。107はマルチプレクスIC105の出力をコントロールPC2に転送するための通信ICである。コントロールPC2は通信IC107から転送されたデジタル信号を画像処理し、接続されたモニター20に表示したり、プリンター21に印刷したり、データ保存装置22に記憶する。
【0011】
以下に図6及び図5を用いて撮影シーケンスを説明する。
【0012】
図6(a)は2次元撮像素子の状態の遷移を示し、同(b)はコントロールPCの動作を表す。
【0013】
撮影スタートの要求があると2次元撮像素子は、撮影スタンバイ状態から2次元撮像素子の各撮影素子をリセットした均一状態にされ、X線の曝射が行われると同時に電荷の蓄積が始まる。この信号蓄積の時間PQは、X線の照射時間に比例している。蓄積された信号電荷はS信号としてアンプ回路102に読み出され、順次A/D変換器103でデジタル信号に変換され、コントロールPC2にS信号に基づく画像データSQとして転送される。このときの転送時間をTSQとする。
【0014】
S信号の読み出しが終了すると(S信号の転送が終了すると)、2次元撮像素子の状態はリセット状態となり、S信号撮影時と同じ蓄積時間PQで暗電流の信号蓄積を行う。蓄積された信号電荷はF信号として読み出され、S信号と同様に信号処理され、コントロールPC2にF信号に基づく画像データFQとして転送される。このときの転送時間をTFQとする。転送終了後、2次元撮像素子は次の撮影要求があるまで撮影スタンバイ状態として待機する。
【0015】
コントロールPC2はスタンバイ状態から、2次元撮像素子で撮像したS信号に基づく画像データSQをセンサユニット1から受付け、格納する。この転送が終了すると、再びスタンバイ状態に戻る。
【0016】
暗電流に対応するF信号も同様にセンサユニット1から転送され、これをコントロールPCは画像データFQとして受付け、格納する。このときの転送時間をTFQとする。
【0017】
S信号及びF信号の転送時間TSQ及びTFQは、それぞれ信号の読み出し時間と同じである。
【0018】
F信号の転送が完了すると、次にコントロールPCは、簡易画像表示を行うための簡易画像処理を行う。まず、転送された画像データSQから画像データFQを減算処理することで暗電流補正(暗電流補正(QQ)=SQ−FQ)を行う。従来例において2次元撮像素子の総画素数は2688×2688画素で、その各辺1/8の336×336画素をモニターに表示させる画像処理を行う。この画像処理時間をTPQとし、モニターに表示される表示画像をQQ、 X線曝射からモニター表示までの時間をtQとする。
【0019】
この簡易画像表示はX線の線量や撮影画像のブレや位置を確認するための表示で、この画像において検査や診断を行うものではなく、あくまでも、撮像の結果の概略を表示するものである。次に暗電流補正した画像データを用いて、検査や診断を行うための最適な画像処理(これを、「本画像処理」という)を行い、その結果をデータ保存装置22に保存する。
【0020】
また、必要に応じてこの撮像画像ファイルを呼び出し、モニター20に表示させたり、プリンター21に印刷したりすることが可能である。
【0021】
従来例の構成においては、センサユニット1内にフレームメモリを持たないため、簡易画像表示にもかかわらず、コントロールPC2に全画素の画像データを転送しなければならず、その転送レートは信号の読み出しレートと同じであることが要求される。従って、モニター表示という観点から簡易画像処理と本画像処理とを比較すると、差異がないことになる。このような構成において、簡易画像の表示の高速化を図るためには、例えば14ビットの画像データをシリアル転送する場合800Mbps程度の転送レートになる。そのために、特殊で高価な通信回路が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上記課題を解決するべく、本発明にかかる放射線撮像装置は、主として以下の構成を有することを特徴とする。
【0023】
すなわち、放射線撮像装置は、
撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記信号処理手段により変換された信号データをフレーム画像データとして格納するフレーム画像格納手段と、
前記フレーム画像格納手段に格納されたフレーム画像データに基づき、画像表示をする表示制御手段に、該データを転送する通信手段と、
を備え、前記通信手段の転送レートは、前記撮像手段からの信号読み出しレートよりも遅いことを特徴とする。
【0024】
あるいは、放射線撮像装置は、
撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記変換された信号データを間引き転送レートに従い、該信号データを間引き制御するセレクター手段と、
前記信号処理手段により変換された、前記撮像手段の暗電流に対する信号データと、前記間引き制御された信号データと、に基づき暗電流補正を施した画像データを簡易表示画像として表示する表示制御手段とを備えることを特徴とする。
【0025】
上記の放射線撮像装置において、前記セレクター手段の間引き転送レートは、前記撮像手段の信号読み出しレートよりも遅いことを特徴とする。
【0026】
上記の放射線撮像装置において、前記フレーム画像格納手段は、前記撮像手段の少なくとも1フレーム分のフレーム画像データを格納することを特徴とする。
【0027】
上記の放射線撮像装置において、前記表示制御手段による前記暗電流補正に基づく表示画像の生成は、間引き制御をしない信号データであって、前記撮像手段の撮像による電荷信号の受信前に処理されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
本発明にかかる放射線撮影装置によれば、フレーム画像データを格納するメモリを設けることにより、表示制御部への画像データの転送レートを、撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になる。
【0029】
また、フレーム画像データの格納と同調し、セレクター回路は、画像データの間引き制御を行ない、この間引き制御した画像データに基づき、表示制御は簡易画像表示をX線曝射から短時間に表示することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の実施形態にかかる放射線撮影装置の構成を説明するブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施形態にかかる放射線撮影装置の撮影シーケンスを説明する図である。
【図3】本発明の第2の実施形態にかかる放射線撮影装置の撮影シーケンスを説明する図である。
【図4】本発明の第3の実施形態にかかる放射線撮影装置の撮影シーケンスを説明する図である。
【図5】従来例の構成を説明するブロック図である。
【図6】従来例における撮影シーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
<実施形態1>
本発明にかかる放射線撮影装置の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
【0032】
図1は、放射線撮影装置の構成を説明するブロック図である。ここで、図1は、図5の従来例の構成図の構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してあり、従来例で説明したものに関しては詳細な説明を省略する。
【0033】
また、図1において、2次元撮像素子101から出力される撮像信号出力線は2本であるが、図面を簡略化するためのもので、実際に出力される撮像信号の出力線の数を規定するものではない。
【0034】
図1に示す106はマルチプレクスIC105から出力される信号出力を少なくとも1フレーム分記憶するためのフレームメモリであり、110は簡易画像表示のために、信号出力を間引き転送するためのセレクター回路である。
【0035】
以下、図1及び図2を用いて撮影シーケンスを説明する。
【0036】
図2(a)は2次元撮像素子の状態の遷移を示し、(b)はフレームメモリの状態を示し、(c)はコントロールPCの動作を表す。
【0037】
2次元撮像素子の状態、図2(a)において、図中のnは撮影回数を表す。この処理シーケンスの内容に関しては、図6(a)の従来例の撮影シーケンスと同様である。
【0038】
撮影スタンバイの状態で、撮影スタートの要求があると2次元撮像素子101は、撮影スタンバイ状態から2次元撮像素子の各撮影素子をリセットされた均一状態になり、X線の曝射が行われると同時に電荷の蓄積が始まる。この信号蓄積の時間PnはX線の照射時間に比例したものとなる。蓄積された信号電荷はS信号としてアンプ(AMP)回路102により読み出され、A/D変換器103、ラインメモリ104、マルチプレクスIC105により信号処理が行われ、デジタル信号に変換されたS信号は、順次フレームメモリ106に書き込まれる(図2(b))。
【0039】
2次元撮像素子はフレームメモリ106に対してS信号の読み出しを終えると、リセットして均一状態に戻し、次にS信号撮影時と同じ蓄積時間Pnで暗電流の信号蓄積を行う。蓄積された信号電荷はF信号として読み出され、S信号と同様に信号処理され、フレームメモリ106に書込まれる。
【0040】
F信号の読み出しが終了すると、2次元撮像素子は、次の撮影要求があるまで撮影スタンバイ状態に戻る。
【0041】
フレームメモリ106への書込みと同時に、セレクター110でM画素に1画素の割合で順次コントロールPC2に信号の間引き転送が行われる。ここで、「M」はモニター20の表示可能画素に適する値として決定される。本実施形態においては、2次元撮像素子の総画素数は2688×2688画素であり、モニターの表示可能画素は336×336画素であるため、M=8(M=2688/336)となる。従って、コントロールPC2への転送レートも8画素に1画素の割合で転送することができるので、転送レートは信号読み出しレートの1/8になる。コントロールPC2に転送される、間引きされたS信号に対する画像データを「画像データSS」とする(図2(c))。
【0042】
コントロールPC2は、転送された間引き画像データSSを用いて画像処理を行い簡易画像表示のための表示制御を行なう。この画像処理で使用する暗電流画像データは、コントロールPC内に記憶されている前回の撮影で取得した暗電流画像データ(Fn−1)を用いて暗電流補正を行う。すなわち、暗電流補正が施された画像データは間引き画像データSSから前回の撮像における暗電流画像データを引いた画像となり、この暗電流補正がされた表示画像をQnとすると、Qnは以下の式により定義される。
【0043】
暗電流補正を施した画像データ(Qn)=SS−Fn−1
この画像処理時間をTPnとすると、画像処理時間TPnは画像の間引きが1/8の転送レートで処理されるため、2次元撮像素子全体における処理時間は、従来例と比較した場合、1/64になり処理時間の短縮化が図れる(TPn(図2(c))<TPQ(図6(b))。
【0044】
また、X線曝射からモニター表示までの時間tnは、従来例におけるモニター表示までの時間tQと比較すると大幅に短縮される(tn<tQ)。
【0045】
簡易画像処理における暗電流信号を前回の撮像で取得した信号を利用することにより、暗電流信号の蓄積、信号処理、転送を待たずに簡易画像処理を先行して行なうことで、処理時間の短縮を図ることができる。
【0046】
表示画像Qnは、従来例で表示される画像QQと比較した場合、同等とは言えないが、モニターの性能(本実施形態で使用されるモニターは、解像度336×336、64から128階調程度)や、簡易画像表示であり、検査や診断を行うものではないことを考慮すれば十分満足できる画像である。
【0047】
コントロールPC2で簡易画像処理が終了すると、フレームメモリ106に記憶されたS信号画像データ及びF信号画像データは任意の転送レートでコントロールPC2に転送され、コントロールPC2はS信号、F信号の転送を受付け、格納する。
【0048】
次に、本実施形態においては、フレームメモリ106の容量は1フレーム分であるので、F信号をフレームメモリに書き込む前にS信号の転送を始めているが、フレームメモリの容量が2フレーム以上ある場合は、コントロールPCへの転送順序は規定しない。また、この転送レートもフレームメモリがあることで、信号読み出しレートより遅くすることが可能になる。
【0049】
フレームメモリ106から転送される、間引きをしないS信号に対する画像データSnから、F信号に対する画像データFnを減算処理し暗電流補正を行い、検査や診断を行うための最適な画像処理(本画像処理)を行い、その結果をデータ保存装置22に保存し、また、必要に応じてこの撮像画像ファイルを呼び出しモニター20に表示させたり、プリンター21に印刷したりすることが可能である。
【0050】
以上説明したように、本実施形態にかかる放射線撮影装置によれば、フレーム画像データを格納するメモリを設けることにより、表示制御部への画像データの転送レートを、撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になる。
【0051】
また、フレーム画像データの格納と同調し、セレクター回路は、画像データの間引き制御を行ない、この間引き制御した画像データに基づき、表示制御は簡易画像表示をX線曝射から短時間に表示することを可能にする。本実施形態によれば、従来例で3〜4秒程度かかった時間を2秒程度に短縮することができる。
【0052】
<実施形態2>
次に、本発明に係る第2の実施形態を図3を用いて説明する。図3において、図2の実施形態1の撮影シーケンスと同じ構成要素については同じ符号を付し、重複する部分に関しては詳細な説明を省略する。
【0053】
本実施形態は図3(c)の簡易画像処理において表示画像QFを求めるための暗電流補正の処理が実施形態1と暗電流補正と異なっている。本実施形態で使用する暗電流補正信号は、コントロールPC2内にあらかじめ保存された暗電流画像データFFを使用する。従って、暗電流補正された表示画像QFは、フレームメモリ106から間引き転送された画像データSSから暗電流補正信号FFを減算した以下の式により定義される。
【0054】
暗電流補正を施した画像データ(QF)=SS−FF
この暗電流画像データFFは、複数回の暗電流画像データの平均をとって得られた平均値であり、複数回平均を取ることで撮像素子がもっているランダムノイズを無視することのできる暗電流画像データとなる。なお実際に減算処理する暗電流画像データFFは、S信号の蓄積時間Pnに蓄積された暗電流に比例する値に変換されたものを使う。ここで表示される画像QFは、従来例で表示される画像QQと比較した場合、同等とは言えないが、モニターの性能、簡易画像表示であることを考慮すれば十分満足できる画像である。
【0055】
以上説明したように、本実施形態にかかる放射線撮影装置でも同様に、コントロールPC2への画像信号の転送レートを、2次元撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になり、システム設計の自由度が増し、特殊で高価な通信回路も必要なくなる。
【0056】
また、X線を曝射させてから簡易画像表示までにかかる時間を大幅に短縮することが可能である。
【0057】
以上説明したように、本実施形態にかかる放射線撮影装置でも同様に、フレーム画像データを格納するメモリを設けることにより、表示制御部への画像データの転送レートを、撮像素子の信号読み出しレートよりも遅くすることが可能になる。
【0058】
また、フレーム画像データの格納と同調し、セレクター回路は、画像データの間引き制御を行ない、この間引き制御した画像データに基づき、表示制御は簡易画像表示をX線曝射から短時間に表示することを可能にする。
【0059】
<実施形態3>
次に、本発明に係る第3の実施形態を図4を用いて説明する。図4において、図2の実施形態1の撮影シーケンスと同じ構成要素については同じ符号を付し、重複する部分に関しては詳細な説明を省略する。
【0060】
本実施形態は図4(c)に示すように、コントロールPC2の動作において、簡易画像処理を2回行なう点で第1及び第2の実施形態と異なる。
【0061】
簡易画像処理1においては、実施形態1と同様に暗電流補正には、間引き画像データSSと前回の撮影で取得した暗電流画像データFn−1を用いて暗電流補正を行う。ここで、簡易画像処理1の結果モニターに表示される表示画像はQnとなり、以下の式で定義される。
【0062】
暗電流補正を施した画像データ(Qn)=SS−Fn−1
ここで表示される画像Qnは実施形態1で表示される画像と同じであり、またX線曝射から画像の表示までの時間tnも同じである。
【0063】
簡易画像処理の後、フレームメモリ106より本画像処理のためのS信号、F信号の転送を受付け、F信号転送後に2回目の簡易画像処理2が開始する。この簡易画像処理2で行われる暗電流補正には、フレームメモリ106より転送された、S信号に基づく画像データSnとF信号に基づく画像データFnを用いて暗電流補正を行う。この暗電流補正を施した画像データRnは以下の式により定義される。
【0064】
暗電流補正を施した画像データ(Rn)=Sn−Fn
ここで表示される画像Rnは、間引きがされていないS信号に基づくものであり、最初の簡易画像処理1に比べ高品位の画像となる。
【0065】
本実施形態における放射線撮像装置によれば、2回の簡易画像処理のうち、1回目の処理により、X線曝射から画像表示までを短縮した表示を行ない、2回目の表示により簡易画像の品位を落とさない高品位の表示をすることが可能になる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
放射線撮像装置であって、
撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記信号処理手段により変換された信号データをフレーム画像データとして格納するフレーム画像格納手段と、
前記フレーム画像格納手段に格納されたフレーム画像データに基づき、画像表示をする表示制御手段に、該データを転送する通信手段と、
を備え、
前記通信手段の転送レートは、前記撮像手段からの信号読み出しレートよりも遅いことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項2】
放射線撮像装置であって、
撮像手段で撮像された電荷信号をデジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記変換された信号データを間引き転送レートに従い、該信号データを間引き制御するセレクター手段と、
前記信号処理手段により変換された、前記撮像手段の暗電流に対する信号データと、前記間引き制御された信号データと、に基づき暗電流補正を施した画像データを簡易表示画像として表示する表示制御手段と、
を備えることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項3】
前記暗電流補正において、暗電流信号は、前回分の撮像における暗電流データとして格納されているデータであることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
【請求項4】
前記撮像手段は、該撮像手段が放射線に感応し、入射放射線量に応じた電気信号を出力する2次元撮像素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の放射線撮像装置。
【請求項5】
前記フレーム画像格納手段は、前記撮像手段の少なくとも1フレーム分のフレーム画像データを格納することを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
【請求項6】
前記間引き転送レートは、前記撮像手段の全画素データと、前記表示画像として表示に必要な最小の画素データとの比率から決定されることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
【請求項7】
前記暗電流補正において、暗電流信号は、複数回の撮像における暗電流データの平均値として格納されているデータであることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
【請求項8】
前記表示制御手段による前記暗電流補正に基づく表示画像の生成は、間引き制御をしない信号データであって、前記撮像手段の撮像による電荷信号の受信前に処理されることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。
【請求項9】
前記表示制御手段は、
間引き制御をしない信号データであって、前記撮像手段の撮像による電荷信号の受信前に暗電流補正処理がされる、第1の表示画像と、
前記撮像手段の撮像に対する暗電流信号の受信後に暗電流補正処理がされる、第2の表示画像と、を表示制御することを特徴とする請求項2に記載の放射線撮像装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−200016(P2012−200016A)
【公開日】平成24年10月18日(2012.10.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−143528(P2012−143528)
【出願日】平成24年6月26日(2012.6.26)
【分割の表示】特願2001−130156(P2001−130156)の分割
【原出願日】平成13年4月26日(2001.4.26)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】