放射線画像検出装置、放射線画像撮影システム
【課題】高精度な診断が可能となる多くの階調を再現できる放射線画像検出装置を提供する。
【解決手段】放射線を検出して画像信号を出力するマトリクス状に配置された検出素子と、検出素子からの画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅して出力する増幅回路と、増幅回路の出力をデジタル値の画像データに変換するＡ／Ｄ変換部と、検出素子に応じて前記増幅回路の利得を前記第１の利得または前記第２の利得に切り換える利得制御手段と、を有することを特徴とする放射線画像検出装置。
【解決手段】放射線を検出して画像信号を出力するマトリクス状に配置された検出素子と、検出素子からの画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅して出力する増幅回路と、増幅回路の出力をデジタル値の画像データに変換するＡ／Ｄ変換部と、検出素子に応じて前記増幅回路の利得を前記第１の利得または前記第２の利得に切り換える利得制御手段と、を有することを特徴とする放射線画像検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線画像検出装置、放射線画像撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断にあっては、被写体にＸ線等の放射線を照射し、当該被写体を透過した放射線の強度分布を検出して得られた放射線画像が広く利用されている。近年では、撮影に際し放射線を検出して電気信号に変換し、放射線画像情報として検出する放射線画像検出装置としてＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いた放射線画像検出装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような医療診断に用いる医用画像にあっては、低線量（低輝度）から高線量（高輝度）に至るまでの画像コントラストの再現が要求されており、ダイナミックレンジは４ケタ以上が必要となる。例えば、放射線透過量の多い肺野部と、放射線透過量の少ない骨部の両方でコントラスト再現ができることが求められている。
【０００４】
ダイナミックレンジの広い撮影画像を得ることは大きな課題であり、例えば、Ｘ線の線量を変えて複数回照射し、得られた複数の画像にそれぞれ特定の色を割り当てて同時に表示する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、撮像素子の撮像面に高感度領域と低感度領域とを交互に設けて高感度画像と低感度画像とを生成し、高感度画像と低感度画像を所定の混合比で画像合成を行うことでダイナミックレンジを拡大する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−２７６４６５号公報
【特許文献２】特開平９−２８９９８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２３８１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示されている方法では、複数回Ｘ線を照射するので、診察に堪える画像を得るためには、放射線照射時間が長くなってしまい、被曝線量が増大する可能性がある。
【０００７】
また、特許文献３に開示されている方法では、高感度画像と低感度画像を所定の混合比で画像合成しているので、放射線透過量の多い肺野部と、放射線透過量の少ない骨部との境界のようにコントラストの高い部分では誤差を生じ、医用画像診断には適用できない。
【０００８】
一方、ＦＰＤを用いる放射線画像検出装置では、撮像素子の面積が大きいので信号出力のダイナミックレンジは十分にある。そのため、Ａ／Ｄ変換以降の処理においてダイナミックレンジを確保する方法が考えられる。
【０００９】
例えば、輝度に対してリニアに出力されるＦＰＤの出力信号に対数処理をかけてリニアリティを確保することが考えられるが、出力信号値の値域によっては、違和感を覚える画像になる場合がある。すなわち対数変換処理し、Ａ／Ｄ変換した後の信号に対して、さらに各種画像処理を施すため、信号の状態によっては処理の一貫性が担保できない。例えば、特に低線量の場合、ＦＰＤの出力信号を対数変換すると電気ノイズが強調されるので、フィルタ等によるノイズ除去処理が必要になる。出力信号が少ないときにこのような処理を行うと、出力値に誤差を生じ不自然な画像になる場合がある。
【００１０】
また、Ａ／Ｄ変換処理の分解能を高くして、低輝度から高輝度にいたるまで信号変換できるようにすることも考えられるが、処理回路が複雑・高価なものとなることを免れず、消費電力も大きなものとなり、バッテリ駆動を想定したＦＰＤにあってはバッテリ寿命の低下の原因となりうる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高精度な診断が可能となる多くの階調を再現できる放射線画像検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
１．
放射線を検出して画像信号を出力するマトリクス状に配置された検出素子と、
前記検出素子からの画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅して出力する増幅回路と、
前記検出素子それぞれの配置された位置に応じて前記増幅回路の利得を前記第１の利得または前記第２の利得に設定する利得制御手段と、
前記利得制御手段により設定された利得に基づいて増幅された前記増幅回路の出力をデジタル値の画像データに変換するＡ／Ｄ変換部と、
を有することを特徴とする放射線画像検出装置。
【００１４】
２．
前記検出素子は、検出した放射線量に対する画像信号出力に線形性を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、入力された画像信号に対して線形性を有するデジタル信号を出力することを特徴とする１に記載の放射線画像検出装置。
【００１５】
３．
１に記載の放射線画像検出装置と、
前記画像データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第１の重み付けを有する第１の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第１のフィルタ処理部と、
前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第２の重み付けを有する第２の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第２のフィルタ処理部と、
を有することを特徴とする放射線画像撮影システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、同程度の感度を有する検出素子からの画像信号を所定の順序で低い利得または高い利得で増幅してからＡ／Ｄ変換処理を行う。このことにより、低い利得で増幅した画像信号については高輝度画像のコントラスト再現が確保でき、高い利得で増幅した信号については低輝度画像のコントラスト再現が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係わる放射線画像検出装置６を適用した放射線画像撮影システム１の一実施形態の概略構成を示す図である。
【００１９】
本実施形態による放射線画像撮影システム１は、Ｘ線等の放射線を用いて画像撮影を行うシステムである。図１に示すように、放射線照射操作装置４、放射線画像撮影装置３、コンソール７ａ，７ｂ、サーバ２から構成される。
【００２０】
放射線照射操作装置４は、放射線画像撮影に関する情報を管理するサーバ２と、放射線照射に関する操作を行う。基地局５は、例えば１００ＢＡＳＥ−Ｔなどの有線方式によるＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信や、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の無線通信方式による通信を行う。撮影室５０を管理し撮影室５０内に設置された放射線画像検出装置６を操作するコンソール７ａ，７ｂは、基地局５やサーバ２とネットワーク８を通じて接続され相互に情報の送受信が可能となるように構成されている。
【００２１】
放射線照射操作装置４にはケーブルを介して、寝台１２上の被写体である患者Ｓに放射線を照射する放射線管球９が接続されている。なお、撮影に用いられる放射線はＸ線に限定されないが、Ｘ線が最も好適に用いられる。撮影にＸ線を用いる場合には、前記放射線管球９としてＸ線を照射するＸ線管球が用いられる。
【００２２】
コンソール７ａ，７ｂはパーソナルコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、大容量記憶装置、マウス、表示部８４ａ、８４ｂなどを備える。
【００２３】
撮影者は入力操作端末１８の入力操作部２８を操作して、患者ＳのＩＤ情報など撮影に必要な情報を入力する。入力された情報は通信部２６から基地局５に送信され、コンソール７ａ、７ｂに転送される。
【００２４】
図２は本発明に係わる放射線画像検出装置６の概略を示すブロック図である。
【００２５】
放射線画像検出装置６は、例えばＦＰＤ４０、タイミングコントローラ４１、Ａ／Ｄ変換回路４２、通信部４３から構成される。
【００２６】
放射線管球９から放射された放射線は患者Ｓを通過し、透過したＸ線はシンチレータ３９で可視光領域の蛍光に変換される。蛍光は、図２には図示せぬＦＰＤ４０の各検出素子により電気信号に変換され、タイミングコントローラ４１の出力するタイミング信号に従って、第１の利得または第２の利得で増幅され画像信号として順次出力される。タイミングコントローラ４１は本発明の利得制御手段である。
【００２７】
画像信号はＡ／Ｄ変換回路４２でデジタル値に変換されて画像データとなり、通信部４３から基地局５に送信される。Ａ／Ｄ変換回路４２は本発明のＡ／Ｄ変換部である。
【００２８】
なお、本実施形態ではシンチレータ３９を用いる間接変換方式で説明するが、本発明は間接変換方式に限定されるものではなく、直接変換方式にも適用できる。
【００２９】
図３は本発明に係わるＦＰＤ４０の概略を示すブロック図である。
【００３０】
ＦＰＤ４０は、図３に示すように、センサ部１１、垂直走査回路１２、出力回路群１３、マルチプレクサ１４、Ａ／Ｄ変換回路４２を有する。
【００３１】
センサ部１１はマトリクス状に配置された検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎを有する。垂直走査回路１２は、データ出力時にセンサ部１１の各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎを垂直方向に走査する。各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎの蛍光を受光する面積は同じであり、受光した光量を電荷に変換する感度は各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎともほぼ同程度である。出力回路群１３は、センサ部１１の各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎから出力される電荷を行毎に保持する。マルチプレクサ１４は、出力回路群１３で保持された電荷を列毎のシリアルな電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路４２は、マルチプレクサ１４から与えられる電気信号をデジタルデータとなる画像データに変換する。タイミングコントローラ４１は、垂直走査回路１２、出力回路群１３、マルチプレクサ１４、及びＡ／Ｄ変換回路４２のそれぞれの動作タイミングを指定する。
【００３２】
図４では、ａ行ｂ列の検出素子Ｇａｂを代表して、その構成について説明する。図４は検出素子Ｇａｂと出力回路１３−ｂの回路構成例を示す図面である。
【００３３】
検出素子Ｇａｂは、図４に示すように、フォトダイオード３０と、ＴＦＴ３１と、を備える。フォトダイオード３０は、バイアスライン１７と接続されて直流電圧ＶＤＤがカソードに印加される。ＴＦＴ３１は、フォトダイオード３０のアノードにドレイン電極が接続されるとともに電荷転送ライン１９−ｂにソース電極が接続されている。そして、ＴＦＴ３１のゲート電極は、行選択ライン１８−ａが接続され、垂直走査回路１２からの信号φＶａが与えられる。
【００３４】
出力回路１３−ｂは、オペアンプとキャパシタとにより構成されるいわゆるチャージセンシングアンプを備えている。オペアンプ３２の反転入力端子には電荷転送ライン１９−ｂが接続され、非反転入力端子には基準電圧ＶREFが印加されている。また、オペアンプ３２の反転入力端子と出力端子との間には、直列にキャパシタ３３とキャパシタ３５が接続されている。さらに、オペアンプ３２は反転入力端子と出力端子との間を短絡するリセット部３４と、キャパシタ３５を短絡するゲイン切換部３６と、を備える。
【００３５】
タイミングコントローラ４１からゲイン切換ライン２１を通じて与えられる信号φＧＳＴによって、ゲイン切換部３６のＯＮ／ＯＦＦが制御される。ゲイン切換部３６がＯＮのとき、キャパシタ３５は短絡されるのでオペアンプ３２の反転入力端子と出力端子との間にはキャパシタ３３だけが接続されることになる。ゲイン切換部３６がＯＦＦのとき、オペアンプ３２の反転入力端子と出力端子との間にはキャパシタ３３とキャパシタ３５が直列に接続されるので、ゲイン切換部３６がＯＮのときより容量が少なくなる。
【００３６】
また、タイミングコントローラ４１からリセットライン２０を通じて与えられる信号φＲＳＴによって、リセット部３４のＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように構成されるチャージセンシングアンプは、電荷をキャパシタ３３、またはキャパシタ３３およびキャパシタ３５に保持することで積分して増幅し、電気信号を出力する。
【００３７】
このように、検出素子Ｇａｂが検出した放射線量に応じて線形に発生する電荷は、オペアンプ３２で線形に増幅され画像信号出力として出力される。
【００３８】
ＣＤＳ回路３８（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）はオペアンプ３２から出力された信号出力とリセット時のオペアンプ３２の出力電圧ＶCDSとの差分を取り、アンプ雑音とリセット雑音を除去する回路である。
【００３９】
次に、オペアンプ３２の入出力特性について図５を用いて説明する。オペアンプ３２は本発明の増幅回路である。
【００４０】
図５はオペアンプ３２の入出力特性の一例を示すグラフである。
【００４１】
横軸は電荷転送ライン１９−ｂからの入力信号すなわち画像信号であり、縦軸はオペアンプ３２の出力電圧である。入力信号が大きくなると出力電圧は飽和電圧Ｖｓａｔで飽和する。
【００４２】
オペアンプ３２とキャパシタ３３、キャパシタ３５から構成されるチャージセンシティブアンプの利得は、オペアンプ３２の入出力端子間に接続されるキャパシタの容量にほぼ反比例する。キャパシタ３３の容量をＣ１、キャパシタ３５の容量をＣ２とすると、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときＣ１、Ｃ２は直列に接続されるので、合成容量Ｃｘは式（Ａ）で求められる。
【００４３】
Ｃｘ＝Ｃ１＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・・・・式（Ａ）
例えば、Ｃ１＝Ｃ２とするとゲイン切換部３６がＯＦＦのときの合成容量Ｃｘは、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときのキャパシタ３３の容量をＣ１の１／２になる。このように、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときの容量は、ゲイン切換部３６がＯＮのときの容量より小さい。したがって、ゲイン切換部３６がＯＦＦのとき利得は、ゲイン切換部３６がＯＮのときの利得より大きい。
【００４４】
ゲイン切換部３６がＯＮのときの入出力特性は図中Ａで示す特性であり、その傾きが第１の利得Ａである。ゲイン切換部３６がＯＮのときの利得を本発明の第１の利得とする。
【００４５】
ゲイン切換部３６がＯＦＦのときの入出力特性は図中Ｂで示す特性であり、その傾きが第２の利得Ｂである。ゲイン切換部３６がＯＦＦのときの利得を本発明の第２の利得とする。
【００４６】
ゲイン切換部３６がＯＦＦのとき、図からわかるように、このときは利得が大きいので、入力信号が大きくなると出力電圧がすぐに飽和する。
【００４７】
Ａ／Ｄ変換回路４２は入力された画像信号に対して線形性を有するデジタル信号を出力するので、オペアンプ３２が第１の利得のとき、Ａ／Ｄ変換回路４２では広い範囲の入力信号を量子化することができる。一方、オペアンプ３２が第２の利得のとき、Ａ／Ｄ変換回路４２では狭い範囲の入力信号を同じビット数で高い分解能で量子化できる。
【００４８】
なお、本実施形態ではオペアンプ３２の入出力端子間にキャパシタ３３とキャパシタ３５を直列に接続した例を説明したが、キャパシタ３３とキャパシタ３５を並列に接続し、例えばゲイン切換部３６によりキャパシタ３５の接続のＯＮ、ＯＦＦを切り換えても良い。
【００４９】
図６は第１の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。
【００５０】
図中Ａはオペアンプ３２が第１の利得Ａで増幅すること、図中Ｂはオペアンプ３２が第２の利得Ｂで増幅することを、示している。紙面左右方向は行方向、紙面上下方向は列方向であり、図中に行方向に行番号ｉと列方向に列番号ｊを記している。
【００５１】
図６の例では、マトリクス状に配列された検出素子Ｇａｂからの画像信号が、行方向、列方向ともに交互に第１の利得Ａと第２の利得Ｂに切り換えられることを示している。例えば、奇数行、奇数列のＧ１１、Ｇ１３、Ｇ１５・・・は第１の利得Ａであり、偶数列のＧ１２、Ｇ１４、Ｇ１６・・・は第２の利得Ｂである。次の偶数行は、奇数列のＧ２１、Ｇ２３、Ｇ２５・・・は第２の利得Ｂであり、偶数列のＧ２２、Ｇ２４、Ｇ２６・・・は第１の利得Ａである。
【００５２】
タイミングコントローラ４１は、検出素子Ｇａｂ毎に信号φＧＳＴのハイ、ローを切り換えて、ゲイン切換部３６をＯＮ、ＯＦＦさせ、オペアンプ３２を第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換える。
【００５３】
図７はコンソール７の内部構成の一例を説明するためのブロック図である。
【００５４】
コンソール７は、例えば図示せぬキーボード、マウスなどの操作部８７と、表示部８４から構成されるパーソナルコンピュータである。コンソール７は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などで通信を行う通信部９５を備える。また、コンソール７の全体を制御するＣＰＵ９８、およびＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９７、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９６、とＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などから構成されるＨＤＤ９４を備えている。ＨＤＤ９４は、たとえばＯＳ（オペレーティングシステム）、画像処理を行うプログラム、アプリケーション、プリンタドライバ等を記憶しており、ＣＰＵ９８がこれらのプログラムを実行する。ＲＡＭ９７は本発明の記憶部である。通信部９５が受信した画像データはＲＡＭ９７に記憶される。
【００５５】
ＣＰＵ９８の第１のフィルタ処理部８０、第２のフィルタ処理部８１は、本発明の第１のフィルタ処理部、第２のフィルタ処理部である。第１のフィルタ処理部８０は、第１の利得で増幅された画像データに対し、第１の空間フィルタを用いてスムージング処理を行う。第２のフィルタ処理部８１は第２の利得で増幅された画像データに対し、第２の空間フィルタを用いてスムージング処理を行う。ＣＰＵ９８は、スムージング処理を行った画像データをＲＡＭ９７の別の領域に順次記憶させる。
【００５６】
ＣＰＵ９８の画像処理部８２は、スムージング処理後の画像データに階調処理、各種補正などの画像処理を行って、ＲＡＭ９７に順次記憶するとともに表示部８４に画像を表示する。
【００５７】
放射線画像検出装置６から基地局５に転送した画像データは、通信部９５からコンソール７内に転送され、ＲＡＭ９７に記憶される。
【００５８】
図８は本発明の実施形態において、放射線画像検出装置６による撮影の手順を説明するフローチャートである。
【００５９】
最初に、撮影の前に行われる検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎ及び出力回路１３のリセット動作について説明する。
【００６０】
タイミングコントローラ４１が信号φＲＳＴをハイにすると、出力回路１３のリセット部３４をＯＮにすると同時に、垂直走査回路１２から信号φＶ１〜φＶｍが与えられて、検出素子Ｇ１１〜ＧｍｎそれぞれのＴＦＴ３１がＯＮになる。
【００６１】
このとき、リセット部３４がＯＮとなるため、オペアンプ３２の出力端子と反転入力端子とが接続されて、キャパシタ３３、またはキャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積された電荷が放電される。また、ＴＦＴ３１がＯＮとなるため、フォトダイオード３０のアノードが、ＴＦＴ３１とリセット部３４を介してオペアンプ３４の出力端子と電気的に接続され、フォトダイオード３０のアノードに蓄積された電荷が放電される。よって、フォトダイオード３０のアノード及びキャパシタ３３がリセットされる。
【００６２】
以下、リセット後のフローチャートについて説明する。
【００６３】
Ｓ１０１：オペアンプ３２の利得を設定するステップである。
【００６４】
タイミングコントローラ４１は、φＧＳＴをハイまたはローにしてゲイン切換部３６のＯＮ／ＯＦＦを制御し、キャパシタ３５の両端を短絡、または開放にする。このことにより、オペアンプ３２の利得を第１の利得、または第２の利得に設定する。
【００６５】
Ｓ１０２：電荷を蓄積するステップである。
【００６６】
放射線管球９から放射線を放射し、フォトダイオード３０で発生した電荷をフォトダイオード３０に蓄積する。
【００６７】
放射線が放射されて撮像動作が行われる間、タイミングコントローラ４１は信号φＲＳＴをローとし、リセット部３４がＯＦＦになる。また、垂直走査回路１２から出力する信号φＶａが順次ハイになり、ＴＦＴ３１がＯＮになる。
【００６８】
ゲイン切換部３６がＯＮのときは、これにより、フォトダイオード３０が光電変換することによって得られた光電荷が、フォトダイオード３０のアノードからキャパシタ３３に流れ込むため、キャパシタ３３に蓄積される。オペアンプ３２からは、キャパシタ３３に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。このときの利得は第１の利得Ａである。
【００６９】
また、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときは、フォトダイオード３０が光電変換することによって得られた光電荷が、キャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積される。オペアンプ３２からは、キャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。このときの利得は第２の利得Ｂである。
【００７０】
Ｓ１０３：電荷を読み出すステップである。
【００７１】
垂直走査回路１２から出力する信号φＶａが順次ハイになり、ＴＦＴ３１がＯＮになる。これにより、フォトダイオード３０が光電変換することによって得られた光電荷が、フォトダイオード３０のアノードからキャパシタ３３に流れ込むため、キャパシタ３３に蓄積される。または、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときは、キャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積される。
【００７２】
このとき、オペアンプ３２から、キャパシタ３３、またはキャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。
【００７３】
Ｓ１０４：Ａ／Ｄ変換を行うステップである。
【００７４】
オペアンプ３２の出力はＣＤＳ回路３８（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）に入力され、ＣＤＳ回路３８でアンプ雑音とリセット雑音とが除去される。ＣＤＳ回路３８の出力はマルチプレクサ１４に入力され、タイミングコントローラ４１から信号により順次切り換えられてＡ／Ｄ変換回路４２に入力される。Ａ／Ｄ変換回路４２では入力された画像信号を順次デジタル値の画像データに変換して出力する。
【００７５】
Ｓ１０５：コンソール７へデジタル画像データを転送するステップである。
【００７６】
ステップＳ１０４でＡ／Ｄ変換された画像データは、通信部４３から基地局５へ転送される。
【００７７】
Ｓ１０６：空間フィルタを用いたスムージング処理を行うステップである。
【００７８】
基地局５で受信した画像データはコンソール７に転送され、内部のＲＡＭ９７に記憶される。ＣＰＵ９８は、ＲＯＭ９６に記憶されているタイミングコントローラ４１が発生する信号φＧＳＴのタイミング情報に基づいて、画像データを第１の利得で増幅された画像データと第２の利得で増幅された画像データに振り分け、第１のフィルタ処理部８０と第２のフィルタ処理部８１に処理を指令する。第１のフィルタ処理部８０と第２のフィルタ処理部８１は、後に詳しく説明する第１の空間フィルタ、第２の空間フィルタを用いてスムージング処理を行う。
【００７９】
Ｓ１０７：その他の画像処理を行うステップである。
【００８０】
コンソール７の画像処理部８２は画像データの補正、階調処理などの画像処理を行う。
【００８１】
Ｓ１０８：画像を表示するステップである。
【００８２】
ＣＰＵ９８は、ステップＳ１０７で画像処理された画像を表示部８４に表示する。
【００８３】
操作技師は、表示部８４に表示された画像の画像データを、コンソール７を操作してサーバ２に転送する。
【００８４】
以上で撮影の手順は終了である。
【００８５】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第１の実施形態について図９、図１０を用いて説明する。
【００８６】
図９は第１の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。図９（ａ）に示す空間フィルタ［１］は本発明の第１の空間フィルタ、図９（ｂ）に示す空間フィルタ［２］は本発明の第２の空間フィルタである。本実施形態では空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］は何れも３行、３列のマトリックスである。図９（ａ）では空間フィルタ［１］のｋ行（−１≦ｋ≦１）、ｌ列目の各要素の値をα1（ｋ，ｌ）とし、マトリックスの中心の要素をα1（０，０）としている。また同様に、空間フィルタ［２］のｋ行、ｌ列目の各要素の値をα2（ｋ，ｌ）とし、マトリックスの中心の要素をα2（０，０）としている。
【００８７】
図中のＡ、Ｂは第１の利得Ａ、と第２の利得Ｂを表す。またＷは中心値強調度数であり、診断に適した鮮明な画質が得られるように例えば１〜１６までの範囲で設定する。空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］はローパスフィルタであり画像を平滑化する効果が得られる。
【００８８】
本実施形態では検出素子Ｇａｂからの画像信号が、図６のように第１の利得Ａと第２の利得Ｂに切り換えられて増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路４２に入力され画像データになるものとする。ここでｉ行、ｊ列の検出素子Ｇｉｊに対応してＡ／Ｄ変換回路４２から出力された画像データをｆ（ｉ，ｊ）とする。
【００８９】
図１０は空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］の処理対象となる画像データを説明する説明図である。
【００９０】
本実施形態では、図１０に示すように処理の中心となる画像データｆ（ｉ，ｊ）の周囲８つの画像データが処理対象になる。
【００９１】
第１のフィルタ処理部８０は第１の利得Ａで増幅された画像データｆ（ｉ，ｊ）に対して、空間フィルタ［１］を用いて、第１の利得Ａで増幅された画像データと第２の利得Ｂで増幅された前記画像データのスムージング処理を行う。第１の利得Ａで増幅された画像データのスムージング処理後の画像データをＶ1（ｉ，ｊ）とすると、第１のフィルタ処理部８０では式（１）の演算を行う。
【００９２】
【数１】
【００９３】
ここでは、第１の利得Ａで増幅された２行２列目の画像データｆ（２，２）を例に取り、第１のフィルタ処理部８０が行うスムージング処理を説明する。式（１）にｉ＝２、ｊ＝２を代入すると式（２）が得られる。
【００９４】
Ｖ1（２，２）＝α1（１，１）×ｆ（１，１）＋α1（１，２）×ｆ（１，２）＋α1（１，３）×ｆ（１，３）＋α1（２，１）×ｆ（２，１）＋α1（２，２）×ｆ（２，２）＋（２，３）×ｆ（２，３）＋α1（３，１）×ｆ（３，１）＋α1（３，２）×ｆ（３，２）＋α1（３，３）×ｆ（３，３）・・・・（２）
式（２）に空間フィルタ［１］の各要素の値を代入すると式（３）が得られる。
【００９５】
Ｖ1（２，２）＝ｆ（１，１）／Ａ＋ｆ（１，２）／Ｂ＋ｆ（１，３）／Ａ＋ｆ（２，１）／Ｂ＋Ｗ＊ｆ（２，２）／Ａ＋ｆ（２，３）／Ｂ＋ｆ（３，１）／Ａ＋ｆ（３，２）／Ｂ＋ｆ（３，３）／Ａ・・・・（３）
式（３）のように、中心となる画像データｆ（２，２）に、周辺の８つの画像データを増幅された利得に応じて重み付けして加えているので、Ａ／Ｄ変換回路４２の量子化ビット数が限られていても情報を補間し階調を豊かに再現できる。
【００９６】
第２のフィルタ処理部８１においても同様に、第２の利得Ｂで増幅された画像データｆ（ｉ，ｊ）に対して、空間フィルタ［２］を用いて、同様に第１の利得Ａで増幅された画像データと第２の利得Ｂで増幅された前記画像データのスムージング処理を行う。第２の利得Ｂで増幅された画像データのスムージング処理後の画像データをＶ2（ｉ，ｊ）とすると、第２のフィルタ処理部８０では式（４）の演算を行う。
【００９７】
【数２】
【００９８】
第２の利得Ｂで増幅された２行３列目の画像データｆ（２，３）を例に取り、第２のフィルタ処理部８１が行うスムージング処理を説明する。ｉ＝２、ｊ＝３を代入すると式（５）が得られる。
【００９９】
Ｖ2（２，３）＝α2（１，１）×ｆ（１，１）＋α2（１，２）×ｆ（１，２）＋α2（１，３）×ｆ（１，３）＋α2（２，１）×ｆ（２，１）＋α2（２，２）×ｆ（２，２）＋（２，３）×ｆ（２，３）＋α2（３，１）×ｆ（３，１）＋α2（３，２）×ｆ（３，２）＋α2（３，３）×ｆ（３，３）・・・・・（５）
空間フィルタ［１］の各要素の値を代入すると式（６）が得られる。
【０１００】
Ｖ2Ｖ（２，３）＝ｆ（１，１）／Ｂ＋ｆ（１，２）／Ａ＋ｆ（１，３）／Ｂ＋ｆ（２，１）／Ａ＋Ｗ＊ｆ（２，２）／Ｂ＋ｆ（２，３）／Ａ＋ｆ（３，１）／Ｂ＋ｆ（３，２）／Ａ＋ｆ（３，３）／Ｂ・・・・・（６）
同様に、中心となる画像データｆ（２，３）に周辺の８つの画像データを、増幅された利得に応じて重み付けして加えているので、Ａ／Ｄ変換回路４２の量子化ビット数が限られていても情報を補間し階調を豊かに再現できる。このようにして第１のフィルタ処理部８０と第２のフィルタ処理部８１は順次Ｖ（ｉ，ｊ）を算出しスムージング処理を行う。
【０１０１】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第２の実施形態について説明する。
【０１０２】
第２の実施形態は空間フィルタに変則メディアンフィルタを用いた例である。通常のメディアンフィルターは、ｎ×ｎの局所領域における濃度値を小さい順に並べ、真ん中の画像データの値を領域中央の画素の出力濃度とする処理であるが、本例で説明する変則メディアンフィルタは、分布中央の画素よりも一つ小さい画素を選択する処理である。本実施例では、３×３の領域の中心に利得が大きい第１の利得で得られた要素を使用したときにこの変則メディアンフィルタを使用する。
【０１０３】
例えば、第１のフィルタ処理部８０では式（７）の右辺に示す空間フィルタ［３］では変則メディアンフィルター（Ｍｅｄｉａｎ Ｎ１）の演算が行われる。
【０１０４】
Ｖ1（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ Ｎ１｛ｆ（ｉ−１，ｊ−１）／Ａ，ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ−１，ｊ＋１）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ−１）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ＋１）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ−１）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）／Ａ｝・・・・・（７）
式（７）の右辺の空間フィルタ［３］では、３×３の領域において第１の利得または第２の利得でそれぞれ重み付けを行った９つの値を算出して小さい順に並べ、中央より１つ小さい値、すなわち４番目の画像データをｆ（ｉ，ｊ）とする。
【０１０５】
第２のフィルタ処理部８１においても同様に式（８）の右辺に示す空間フィルタ［４］ではメディアンフィルターの演算を行う。
【０１０６】
Ｖ2（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ｛ｆ（ｉ−１，ｊ−１）／Ｂ，ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ−１，ｊ＋１）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ−１）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ＋１）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ−１）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）／Ｂ｝・・・・・（８）
式（７）の右辺の空間フィルタ［３］は本発明の第１の空間フィルタ、式（８）の右辺の空間フィルタ［４］は本発明の第２の空間フィルタである。また、本実施形態の第１の空間フィルタ、第２の空間フィルタはメディアンフィルタである。
【０１０７】
本実施形態のようにメディアンフィルタ、および変則メディアンフィルタを用いると、第１の実施形態よりも輪郭部の情報を残して画像を平滑化することができる。
【０１０８】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第３の実施形態について説明する。
【０１０９】
第３の実施形態は空間フィルタに１次元のフィルタを用いた一例である。
【０１１０】
図１１は第３の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。紙面左右方向は行方向、紙面上下方向は列方向であり、図中に行方向に行番号ｉと列方向に列番号ｊを記している。また、図中Ａはオペアンプ３２が第１の利得Ａで増幅すること、図中Ｂはオペアンプ３２が第２の利得Ｂで増幅することを、示している。
【０１１１】
図６の例では、マトリクス状に配列された検出素子Ｇａｂからの画像信号が、市松状に第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換えられていたが、図１１の例では行毎に第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換えられることを示している。空間フィルタに１次元のフィルタを用いる場合は、図１１のように行毎に第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換えられるものとして以下説明する。
【０１１２】
図１２は第３の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。図１２（ａ）に示す空間フィルタ［５］は本発明の第１の空間フィルタ、図９（ｂ）に示す空間フィルタ［６］は本発明の第２の空間フィルタである。本実施形態では空間フィルタ［５］、空間フィルタ［６］は何れも１次元（３行）のマトリックスである。図１２（ａ）では空間フィルタ［５］のｋ行目の各要素の値をα5（ｋ）とし、マトリックスの中心の要素をα5（０）としている。また同様に、空間フィルタ［６］のｋ行目の各要素の値をα6（ｋ）とし、マトリックスの中心の要素をα6（０）としている。
【０１１３】
第１の利得Ａで増幅された画像データのスムージング処理後の画像データをＶ5（ｉ，ｊ）とすると、第１のフィルタ処理部８０では式（９）の演算を行う。
【０１１４】
【数３】
【０１１５】
すなわち、第１のフィルタ処理部８０では第１の利得で増幅された画像データに対して、式（１０）の右辺に示す演算を行う。
【０１１６】
Ｖ5（ｉ，ｊ）＝（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ｂ＋ｆ（ｉ，ｊ）／Ａ＋ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ｂ）／３・・・・（１０）
このように中心となる画像データｆ（ｉ，ｊ）の上下の画像データと平均化している。
【０１１７】
また、第２のフィルタ処理部８１においても同様に第２の利得で増幅された画像データに対して、式（１１）の右辺に示す空間フィルタ［６］の処理を行う。
【０１１８】
【数４】
【０１１９】
すなわち、第２のフィルタ処理部８１では第２の利得で増幅された画像データに対して、式（１２）の右辺に示す空間フィルタ［４］の演算を行う。
【０１２０】
Ｖ6（ｉ，ｊ）＝（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ａ＋ｆ（ｉ，ｊ）／Ｂ＋ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ａ）／３・・・・（１２）
このように１次元のフィルタを用いると演算処理が簡単になり、処理時間を短縮することができる。
【０１２１】
図１３は第３の実施形態に用いる空間フィルタの別例を説明する説明図である。
【０１２２】
図１３（ａ）に示す空間フィルタ［５］は本発明の第１の空間フィルタ、図９（ｂ）に示す空間フィルタ［６］は本発明の第２の空間フィルタである。空間フィルタ［５］、空間フィルタ［６］は図１２と同様に何れも１次元（３行）のマトリックスであるが、各要素の値α5（ｋ）、α6（ｋ）が異なっている。本例では、中心となる画像データｆ（ｉ，ｊ）の情報が図１２の例より強調される。
【０１２３】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第４の実施形態について説明する。
【０１２４】
第４の実施形態は空間フィルタに１次元のメディアンフィルタを用いた例である。
【０１２５】
例えば、第１のフィルタ処理部８０では第１の利得で増幅された画像データに対して、式（１３）の右辺に示す演算を行う。式（１３）の右辺は本発明の第１の空間フィルタである。
【０１２６】
Ｖ（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ（（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ））／Ｂ）・・・・（１３）
また、第２のフィルタ処理部８１においても同様に第２の利得で増幅された画像データに対して、式（１４）に示す空間フィルタ［２］の処理を行う。式（１４）の右辺は本発明の第２の空間フィルタである。
【０１２７】
Ｖ（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ（（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ））／Ａ）・・・・（１４）
本実施形態ではメディアンフィルタの処理を１次元の画像データに対して行うので、第２の実施形態より演算処理が簡単になり、処理時間を短縮することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、コンソール７のＣＰＵ９８が第１のフィルタ処理部８０、第２のフィルタ処理部８１を有するものとして説明したが、例えば画像検出装置６に第１のフィルタ処理部８０、第２のフィルタ処理部８１を内蔵しても良い。
【０１２９】
また、本実施形態では画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅するものとして説明したが、第１の利得、第２の利得に加えて第３の利得、第４の利得など、他の利得で増幅した画像信号をＡ／Ｄ変換し、画像データとしても良い。その場合は、第３の利得、第４の利得で増幅した画像データに、他の利得で増幅された画像データの情報を加える第３のフィルタ処理部、第４のフィルタ処理部など、が必要である。
【０１３０】
以上このように、本発明によれば、同程度の感度を有する検出素子からの画像信号を所定の順序で低い利得または高い利得で増幅してからＡ／Ｄ変換処理を行う。このことにより、低い利得で増幅した画像信号については高輝度画像のコントラスト再現が確保でき、高い利得で増幅した信号については低輝度画像のコントラスト再現が確保できる。このようにして得られたＡ／Ｄ変換後の画像データに空間フィルタ処理を行うことにより、トータルとして低輝度から高輝度に至るまで撮影画像の階調を再現できる。この結果、高精度な診断が可能となる多くの階調を再現できる放射線画像検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明に係わる放射線画像検出装置６を適用した放射線画像撮影システム１００の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係わる放射線画像検出装置６の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わるＦＰＤ４０の概略を示すブロック図である。
【図４】検出素子Ｇａｂと出力回路１３−ｂの回路構成例を示す図面である。
【図５】オペアンプ３２の入出力特性の一例を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。
【図７】コンソール７の内部構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図８】放射線画像検出装置６による撮影の手順を説明するフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。
【図１０】空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］の処理対象となる画像データを説明する説明図である。
【図１１】第３の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。
【図１２】第３の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。
【図１３】第３の実施形態に用いる空間フィルタの別例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 放射線画像撮影システム
２ サーバ
３ 放射線画像撮影装置
４ 放射線照射操作装置
６ 放射線画像検出装置
７ コンソール
８ ネットワーク
１１ センサ部
３０ フォトダイオード
３３ キャパシタ
３５ キャパシタ
３６ ゲイン切換部
４０ ＦＰＤ
４１ タイミングコントローラ
４２ Ａ／Ｄ変換回路
１０ 画像処理部
１１ 温度補償回路
１４ 第１の演算増幅器
１５ 第２の演算増幅器
１３ トランジスタ
３２ オペアンプ
３６ ゲイン切換部
８０ 第１のフィルタ処理部
８１ 第２のフィルタ処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線画像検出装置、放射線画像撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断にあっては、被写体にＸ線等の放射線を照射し、当該被写体を透過した放射線の強度分布を検出して得られた放射線画像が広く利用されている。近年では、撮影に際し放射線を検出して電気信号に変換し、放射線画像情報として検出する放射線画像検出装置としてＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いた放射線画像検出装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような医療診断に用いる医用画像にあっては、低線量（低輝度）から高線量（高輝度）に至るまでの画像コントラストの再現が要求されており、ダイナミックレンジは４ケタ以上が必要となる。例えば、放射線透過量の多い肺野部と、放射線透過量の少ない骨部の両方でコントラスト再現ができることが求められている。
【０００４】
ダイナミックレンジの広い撮影画像を得ることは大きな課題であり、例えば、Ｘ線の線量を変えて複数回照射し、得られた複数の画像にそれぞれ特定の色を割り当てて同時に表示する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、撮像素子の撮像面に高感度領域と低感度領域とを交互に設けて高感度画像と低感度画像とを生成し、高感度画像と低感度画像を所定の混合比で画像合成を行うことでダイナミックレンジを拡大する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−２７６４６５号公報
【特許文献２】特開平９−２８９９８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２３８１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示されている方法では、複数回Ｘ線を照射するので、診察に堪える画像を得るためには、放射線照射時間が長くなってしまい、被曝線量が増大する可能性がある。
【０００７】
また、特許文献３に開示されている方法では、高感度画像と低感度画像を所定の混合比で画像合成しているので、放射線透過量の多い肺野部と、放射線透過量の少ない骨部との境界のようにコントラストの高い部分では誤差を生じ、医用画像診断には適用できない。
【０００８】
一方、ＦＰＤを用いる放射線画像検出装置では、撮像素子の面積が大きいので信号出力のダイナミックレンジは十分にある。そのため、Ａ／Ｄ変換以降の処理においてダイナミックレンジを確保する方法が考えられる。
【０００９】
例えば、輝度に対してリニアに出力されるＦＰＤの出力信号に対数処理をかけてリニアリティを確保することが考えられるが、出力信号値の値域によっては、違和感を覚える画像になる場合がある。すなわち対数変換処理し、Ａ／Ｄ変換した後の信号に対して、さらに各種画像処理を施すため、信号の状態によっては処理の一貫性が担保できない。例えば、特に低線量の場合、ＦＰＤの出力信号を対数変換すると電気ノイズが強調されるので、フィルタ等によるノイズ除去処理が必要になる。出力信号が少ないときにこのような処理を行うと、出力値に誤差を生じ不自然な画像になる場合がある。
【００１０】
また、Ａ／Ｄ変換処理の分解能を高くして、低輝度から高輝度にいたるまで信号変換できるようにすることも考えられるが、処理回路が複雑・高価なものとなることを免れず、消費電力も大きなものとなり、バッテリ駆動を想定したＦＰＤにあってはバッテリ寿命の低下の原因となりうる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高精度な診断が可能となる多くの階調を再現できる放射線画像検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
１．
放射線を検出して画像信号を出力するマトリクス状に配置された検出素子と、
前記検出素子からの画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅して出力する増幅回路と、
前記検出素子それぞれの配置された位置に応じて前記増幅回路の利得を前記第１の利得または前記第２の利得に設定する利得制御手段と、
前記利得制御手段により設定された利得に基づいて増幅された前記増幅回路の出力をデジタル値の画像データに変換するＡ／Ｄ変換部と、
を有することを特徴とする放射線画像検出装置。
【００１４】
２．
前記検出素子は、検出した放射線量に対する画像信号出力に線形性を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、入力された画像信号に対して線形性を有するデジタル信号を出力することを特徴とする１に記載の放射線画像検出装置。
【００１５】
３．
１に記載の放射線画像検出装置と、
前記画像データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第１の重み付けを有する第１の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第１のフィルタ処理部と、
前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第２の重み付けを有する第２の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第２のフィルタ処理部と、
を有することを特徴とする放射線画像撮影システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、同程度の感度を有する検出素子からの画像信号を所定の順序で低い利得または高い利得で増幅してからＡ／Ｄ変換処理を行う。このことにより、低い利得で増幅した画像信号については高輝度画像のコントラスト再現が確保でき、高い利得で増幅した信号については低輝度画像のコントラスト再現が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係わる放射線画像検出装置６を適用した放射線画像撮影システム１の一実施形態の概略構成を示す図である。
【００１９】
本実施形態による放射線画像撮影システム１は、Ｘ線等の放射線を用いて画像撮影を行うシステムである。図１に示すように、放射線照射操作装置４、放射線画像撮影装置３、コンソール７ａ，７ｂ、サーバ２から構成される。
【００２０】
放射線照射操作装置４は、放射線画像撮影に関する情報を管理するサーバ２と、放射線照射に関する操作を行う。基地局５は、例えば１００ＢＡＳＥ−Ｔなどの有線方式によるＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信や、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の無線通信方式による通信を行う。撮影室５０を管理し撮影室５０内に設置された放射線画像検出装置６を操作するコンソール７ａ，７ｂは、基地局５やサーバ２とネットワーク８を通じて接続され相互に情報の送受信が可能となるように構成されている。
【００２１】
放射線照射操作装置４にはケーブルを介して、寝台１２上の被写体である患者Ｓに放射線を照射する放射線管球９が接続されている。なお、撮影に用いられる放射線はＸ線に限定されないが、Ｘ線が最も好適に用いられる。撮影にＸ線を用いる場合には、前記放射線管球９としてＸ線を照射するＸ線管球が用いられる。
【００２２】
コンソール７ａ，７ｂはパーソナルコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、大容量記憶装置、マウス、表示部８４ａ、８４ｂなどを備える。
【００２３】
撮影者は入力操作端末１８の入力操作部２８を操作して、患者ＳのＩＤ情報など撮影に必要な情報を入力する。入力された情報は通信部２６から基地局５に送信され、コンソール７ａ、７ｂに転送される。
【００２４】
図２は本発明に係わる放射線画像検出装置６の概略を示すブロック図である。
【００２５】
放射線画像検出装置６は、例えばＦＰＤ４０、タイミングコントローラ４１、Ａ／Ｄ変換回路４２、通信部４３から構成される。
【００２６】
放射線管球９から放射された放射線は患者Ｓを通過し、透過したＸ線はシンチレータ３９で可視光領域の蛍光に変換される。蛍光は、図２には図示せぬＦＰＤ４０の各検出素子により電気信号に変換され、タイミングコントローラ４１の出力するタイミング信号に従って、第１の利得または第２の利得で増幅され画像信号として順次出力される。タイミングコントローラ４１は本発明の利得制御手段である。
【００２７】
画像信号はＡ／Ｄ変換回路４２でデジタル値に変換されて画像データとなり、通信部４３から基地局５に送信される。Ａ／Ｄ変換回路４２は本発明のＡ／Ｄ変換部である。
【００２８】
なお、本実施形態ではシンチレータ３９を用いる間接変換方式で説明するが、本発明は間接変換方式に限定されるものではなく、直接変換方式にも適用できる。
【００２９】
図３は本発明に係わるＦＰＤ４０の概略を示すブロック図である。
【００３０】
ＦＰＤ４０は、図３に示すように、センサ部１１、垂直走査回路１２、出力回路群１３、マルチプレクサ１４、Ａ／Ｄ変換回路４２を有する。
【００３１】
センサ部１１はマトリクス状に配置された検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎを有する。垂直走査回路１２は、データ出力時にセンサ部１１の各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎを垂直方向に走査する。各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎの蛍光を受光する面積は同じであり、受光した光量を電荷に変換する感度は各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎともほぼ同程度である。出力回路群１３は、センサ部１１の各検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎから出力される電荷を行毎に保持する。マルチプレクサ１４は、出力回路群１３で保持された電荷を列毎のシリアルな電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路４２は、マルチプレクサ１４から与えられる電気信号をデジタルデータとなる画像データに変換する。タイミングコントローラ４１は、垂直走査回路１２、出力回路群１３、マルチプレクサ１４、及びＡ／Ｄ変換回路４２のそれぞれの動作タイミングを指定する。
【００３２】
図４では、ａ行ｂ列の検出素子Ｇａｂを代表して、その構成について説明する。図４は検出素子Ｇａｂと出力回路１３−ｂの回路構成例を示す図面である。
【００３３】
検出素子Ｇａｂは、図４に示すように、フォトダイオード３０と、ＴＦＴ３１と、を備える。フォトダイオード３０は、バイアスライン１７と接続されて直流電圧ＶＤＤがカソードに印加される。ＴＦＴ３１は、フォトダイオード３０のアノードにドレイン電極が接続されるとともに電荷転送ライン１９−ｂにソース電極が接続されている。そして、ＴＦＴ３１のゲート電極は、行選択ライン１８−ａが接続され、垂直走査回路１２からの信号φＶａが与えられる。
【００３４】
出力回路１３−ｂは、オペアンプとキャパシタとにより構成されるいわゆるチャージセンシングアンプを備えている。オペアンプ３２の反転入力端子には電荷転送ライン１９−ｂが接続され、非反転入力端子には基準電圧ＶREFが印加されている。また、オペアンプ３２の反転入力端子と出力端子との間には、直列にキャパシタ３３とキャパシタ３５が接続されている。さらに、オペアンプ３２は反転入力端子と出力端子との間を短絡するリセット部３４と、キャパシタ３５を短絡するゲイン切換部３６と、を備える。
【００３５】
タイミングコントローラ４１からゲイン切換ライン２１を通じて与えられる信号φＧＳＴによって、ゲイン切換部３６のＯＮ／ＯＦＦが制御される。ゲイン切換部３６がＯＮのとき、キャパシタ３５は短絡されるのでオペアンプ３２の反転入力端子と出力端子との間にはキャパシタ３３だけが接続されることになる。ゲイン切換部３６がＯＦＦのとき、オペアンプ３２の反転入力端子と出力端子との間にはキャパシタ３３とキャパシタ３５が直列に接続されるので、ゲイン切換部３６がＯＮのときより容量が少なくなる。
【００３６】
また、タイミングコントローラ４１からリセットライン２０を通じて与えられる信号φＲＳＴによって、リセット部３４のＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように構成されるチャージセンシングアンプは、電荷をキャパシタ３３、またはキャパシタ３３およびキャパシタ３５に保持することで積分して増幅し、電気信号を出力する。
【００３７】
このように、検出素子Ｇａｂが検出した放射線量に応じて線形に発生する電荷は、オペアンプ３２で線形に増幅され画像信号出力として出力される。
【００３８】
ＣＤＳ回路３８（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）はオペアンプ３２から出力された信号出力とリセット時のオペアンプ３２の出力電圧ＶCDSとの差分を取り、アンプ雑音とリセット雑音を除去する回路である。
【００３９】
次に、オペアンプ３２の入出力特性について図５を用いて説明する。オペアンプ３２は本発明の増幅回路である。
【００４０】
図５はオペアンプ３２の入出力特性の一例を示すグラフである。
【００４１】
横軸は電荷転送ライン１９−ｂからの入力信号すなわち画像信号であり、縦軸はオペアンプ３２の出力電圧である。入力信号が大きくなると出力電圧は飽和電圧Ｖｓａｔで飽和する。
【００４２】
オペアンプ３２とキャパシタ３３、キャパシタ３５から構成されるチャージセンシティブアンプの利得は、オペアンプ３２の入出力端子間に接続されるキャパシタの容量にほぼ反比例する。キャパシタ３３の容量をＣ１、キャパシタ３５の容量をＣ２とすると、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときＣ１、Ｃ２は直列に接続されるので、合成容量Ｃｘは式（Ａ）で求められる。
【００４３】
Ｃｘ＝Ｃ１＊Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・・・・式（Ａ）
例えば、Ｃ１＝Ｃ２とするとゲイン切換部３６がＯＦＦのときの合成容量Ｃｘは、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときのキャパシタ３３の容量をＣ１の１／２になる。このように、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときの容量は、ゲイン切換部３６がＯＮのときの容量より小さい。したがって、ゲイン切換部３６がＯＦＦのとき利得は、ゲイン切換部３６がＯＮのときの利得より大きい。
【００４４】
ゲイン切換部３６がＯＮのときの入出力特性は図中Ａで示す特性であり、その傾きが第１の利得Ａである。ゲイン切換部３６がＯＮのときの利得を本発明の第１の利得とする。
【００４５】
ゲイン切換部３６がＯＦＦのときの入出力特性は図中Ｂで示す特性であり、その傾きが第２の利得Ｂである。ゲイン切換部３６がＯＦＦのときの利得を本発明の第２の利得とする。
【００４６】
ゲイン切換部３６がＯＦＦのとき、図からわかるように、このときは利得が大きいので、入力信号が大きくなると出力電圧がすぐに飽和する。
【００４７】
Ａ／Ｄ変換回路４２は入力された画像信号に対して線形性を有するデジタル信号を出力するので、オペアンプ３２が第１の利得のとき、Ａ／Ｄ変換回路４２では広い範囲の入力信号を量子化することができる。一方、オペアンプ３２が第２の利得のとき、Ａ／Ｄ変換回路４２では狭い範囲の入力信号を同じビット数で高い分解能で量子化できる。
【００４８】
なお、本実施形態ではオペアンプ３２の入出力端子間にキャパシタ３３とキャパシタ３５を直列に接続した例を説明したが、キャパシタ３３とキャパシタ３５を並列に接続し、例えばゲイン切換部３６によりキャパシタ３５の接続のＯＮ、ＯＦＦを切り換えても良い。
【００４９】
図６は第１の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。
【００５０】
図中Ａはオペアンプ３２が第１の利得Ａで増幅すること、図中Ｂはオペアンプ３２が第２の利得Ｂで増幅することを、示している。紙面左右方向は行方向、紙面上下方向は列方向であり、図中に行方向に行番号ｉと列方向に列番号ｊを記している。
【００５１】
図６の例では、マトリクス状に配列された検出素子Ｇａｂからの画像信号が、行方向、列方向ともに交互に第１の利得Ａと第２の利得Ｂに切り換えられることを示している。例えば、奇数行、奇数列のＧ１１、Ｇ１３、Ｇ１５・・・は第１の利得Ａであり、偶数列のＧ１２、Ｇ１４、Ｇ１６・・・は第２の利得Ｂである。次の偶数行は、奇数列のＧ２１、Ｇ２３、Ｇ２５・・・は第２の利得Ｂであり、偶数列のＧ２２、Ｇ２４、Ｇ２６・・・は第１の利得Ａである。
【００５２】
タイミングコントローラ４１は、検出素子Ｇａｂ毎に信号φＧＳＴのハイ、ローを切り換えて、ゲイン切換部３６をＯＮ、ＯＦＦさせ、オペアンプ３２を第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換える。
【００５３】
図７はコンソール７の内部構成の一例を説明するためのブロック図である。
【００５４】
コンソール７は、例えば図示せぬキーボード、マウスなどの操作部８７と、表示部８４から構成されるパーソナルコンピュータである。コンソール７は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などで通信を行う通信部９５を備える。また、コンソール７の全体を制御するＣＰＵ９８、およびＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９７、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９６、とＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などから構成されるＨＤＤ９４を備えている。ＨＤＤ９４は、たとえばＯＳ（オペレーティングシステム）、画像処理を行うプログラム、アプリケーション、プリンタドライバ等を記憶しており、ＣＰＵ９８がこれらのプログラムを実行する。ＲＡＭ９７は本発明の記憶部である。通信部９５が受信した画像データはＲＡＭ９７に記憶される。
【００５５】
ＣＰＵ９８の第１のフィルタ処理部８０、第２のフィルタ処理部８１は、本発明の第１のフィルタ処理部、第２のフィルタ処理部である。第１のフィルタ処理部８０は、第１の利得で増幅された画像データに対し、第１の空間フィルタを用いてスムージング処理を行う。第２のフィルタ処理部８１は第２の利得で増幅された画像データに対し、第２の空間フィルタを用いてスムージング処理を行う。ＣＰＵ９８は、スムージング処理を行った画像データをＲＡＭ９７の別の領域に順次記憶させる。
【００５６】
ＣＰＵ９８の画像処理部８２は、スムージング処理後の画像データに階調処理、各種補正などの画像処理を行って、ＲＡＭ９７に順次記憶するとともに表示部８４に画像を表示する。
【００５７】
放射線画像検出装置６から基地局５に転送した画像データは、通信部９５からコンソール７内に転送され、ＲＡＭ９７に記憶される。
【００５８】
図８は本発明の実施形態において、放射線画像検出装置６による撮影の手順を説明するフローチャートである。
【００５９】
最初に、撮影の前に行われる検出素子Ｇ１１〜Ｇｍｎ及び出力回路１３のリセット動作について説明する。
【００６０】
タイミングコントローラ４１が信号φＲＳＴをハイにすると、出力回路１３のリセット部３４をＯＮにすると同時に、垂直走査回路１２から信号φＶ１〜φＶｍが与えられて、検出素子Ｇ１１〜ＧｍｎそれぞれのＴＦＴ３１がＯＮになる。
【００６１】
このとき、リセット部３４がＯＮとなるため、オペアンプ３２の出力端子と反転入力端子とが接続されて、キャパシタ３３、またはキャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積された電荷が放電される。また、ＴＦＴ３１がＯＮとなるため、フォトダイオード３０のアノードが、ＴＦＴ３１とリセット部３４を介してオペアンプ３４の出力端子と電気的に接続され、フォトダイオード３０のアノードに蓄積された電荷が放電される。よって、フォトダイオード３０のアノード及びキャパシタ３３がリセットされる。
【００６２】
以下、リセット後のフローチャートについて説明する。
【００６３】
Ｓ１０１：オペアンプ３２の利得を設定するステップである。
【００６４】
タイミングコントローラ４１は、φＧＳＴをハイまたはローにしてゲイン切換部３６のＯＮ／ＯＦＦを制御し、キャパシタ３５の両端を短絡、または開放にする。このことにより、オペアンプ３２の利得を第１の利得、または第２の利得に設定する。
【００６５】
Ｓ１０２：電荷を蓄積するステップである。
【００６６】
放射線管球９から放射線を放射し、フォトダイオード３０で発生した電荷をフォトダイオード３０に蓄積する。
【００６７】
放射線が放射されて撮像動作が行われる間、タイミングコントローラ４１は信号φＲＳＴをローとし、リセット部３４がＯＦＦになる。また、垂直走査回路１２から出力する信号φＶａが順次ハイになり、ＴＦＴ３１がＯＮになる。
【００６８】
ゲイン切換部３６がＯＮのときは、これにより、フォトダイオード３０が光電変換することによって得られた光電荷が、フォトダイオード３０のアノードからキャパシタ３３に流れ込むため、キャパシタ３３に蓄積される。オペアンプ３２からは、キャパシタ３３に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。このときの利得は第１の利得Ａである。
【００６９】
また、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときは、フォトダイオード３０が光電変換することによって得られた光電荷が、キャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積される。オペアンプ３２からは、キャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。このときの利得は第２の利得Ｂである。
【００７０】
Ｓ１０３：電荷を読み出すステップである。
【００７１】
垂直走査回路１２から出力する信号φＶａが順次ハイになり、ＴＦＴ３１がＯＮになる。これにより、フォトダイオード３０が光電変換することによって得られた光電荷が、フォトダイオード３０のアノードからキャパシタ３３に流れ込むため、キャパシタ３３に蓄積される。または、ゲイン切換部３６がＯＦＦのときは、キャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積される。
【００７２】
このとき、オペアンプ３２から、キャパシタ３３、またはキャパシタ３３およびキャパシタ３５に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。
【００７３】
Ｓ１０４：Ａ／Ｄ変換を行うステップである。
【００７４】
オペアンプ３２の出力はＣＤＳ回路３８（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）に入力され、ＣＤＳ回路３８でアンプ雑音とリセット雑音とが除去される。ＣＤＳ回路３８の出力はマルチプレクサ１４に入力され、タイミングコントローラ４１から信号により順次切り換えられてＡ／Ｄ変換回路４２に入力される。Ａ／Ｄ変換回路４２では入力された画像信号を順次デジタル値の画像データに変換して出力する。
【００７５】
Ｓ１０５：コンソール７へデジタル画像データを転送するステップである。
【００７６】
ステップＳ１０４でＡ／Ｄ変換された画像データは、通信部４３から基地局５へ転送される。
【００７７】
Ｓ１０６：空間フィルタを用いたスムージング処理を行うステップである。
【００７８】
基地局５で受信した画像データはコンソール７に転送され、内部のＲＡＭ９７に記憶される。ＣＰＵ９８は、ＲＯＭ９６に記憶されているタイミングコントローラ４１が発生する信号φＧＳＴのタイミング情報に基づいて、画像データを第１の利得で増幅された画像データと第２の利得で増幅された画像データに振り分け、第１のフィルタ処理部８０と第２のフィルタ処理部８１に処理を指令する。第１のフィルタ処理部８０と第２のフィルタ処理部８１は、後に詳しく説明する第１の空間フィルタ、第２の空間フィルタを用いてスムージング処理を行う。
【００７９】
Ｓ１０７：その他の画像処理を行うステップである。
【００８０】
コンソール７の画像処理部８２は画像データの補正、階調処理などの画像処理を行う。
【００８１】
Ｓ１０８：画像を表示するステップである。
【００８２】
ＣＰＵ９８は、ステップＳ１０７で画像処理された画像を表示部８４に表示する。
【００８３】
操作技師は、表示部８４に表示された画像の画像データを、コンソール７を操作してサーバ２に転送する。
【００８４】
以上で撮影の手順は終了である。
【００８５】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第１の実施形態について図９、図１０を用いて説明する。
【００８６】
図９は第１の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。図９（ａ）に示す空間フィルタ［１］は本発明の第１の空間フィルタ、図９（ｂ）に示す空間フィルタ［２］は本発明の第２の空間フィルタである。本実施形態では空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］は何れも３行、３列のマトリックスである。図９（ａ）では空間フィルタ［１］のｋ行（−１≦ｋ≦１）、ｌ列目の各要素の値をα1（ｋ，ｌ）とし、マトリックスの中心の要素をα1（０，０）としている。また同様に、空間フィルタ［２］のｋ行、ｌ列目の各要素の値をα2（ｋ，ｌ）とし、マトリックスの中心の要素をα2（０，０）としている。
【００８７】
図中のＡ、Ｂは第１の利得Ａ、と第２の利得Ｂを表す。またＷは中心値強調度数であり、診断に適した鮮明な画質が得られるように例えば１〜１６までの範囲で設定する。空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］はローパスフィルタであり画像を平滑化する効果が得られる。
【００８８】
本実施形態では検出素子Ｇａｂからの画像信号が、図６のように第１の利得Ａと第２の利得Ｂに切り換えられて増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路４２に入力され画像データになるものとする。ここでｉ行、ｊ列の検出素子Ｇｉｊに対応してＡ／Ｄ変換回路４２から出力された画像データをｆ（ｉ，ｊ）とする。
【００８９】
図１０は空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］の処理対象となる画像データを説明する説明図である。
【００９０】
本実施形態では、図１０に示すように処理の中心となる画像データｆ（ｉ，ｊ）の周囲８つの画像データが処理対象になる。
【００９１】
第１のフィルタ処理部８０は第１の利得Ａで増幅された画像データｆ（ｉ，ｊ）に対して、空間フィルタ［１］を用いて、第１の利得Ａで増幅された画像データと第２の利得Ｂで増幅された前記画像データのスムージング処理を行う。第１の利得Ａで増幅された画像データのスムージング処理後の画像データをＶ1（ｉ，ｊ）とすると、第１のフィルタ処理部８０では式（１）の演算を行う。
【００９２】
【数１】
【００９３】
ここでは、第１の利得Ａで増幅された２行２列目の画像データｆ（２，２）を例に取り、第１のフィルタ処理部８０が行うスムージング処理を説明する。式（１）にｉ＝２、ｊ＝２を代入すると式（２）が得られる。
【００９４】
Ｖ1（２，２）＝α1（１，１）×ｆ（１，１）＋α1（１，２）×ｆ（１，２）＋α1（１，３）×ｆ（１，３）＋α1（２，１）×ｆ（２，１）＋α1（２，２）×ｆ（２，２）＋（２，３）×ｆ（２，３）＋α1（３，１）×ｆ（３，１）＋α1（３，２）×ｆ（３，２）＋α1（３，３）×ｆ（３，３）・・・・（２）
式（２）に空間フィルタ［１］の各要素の値を代入すると式（３）が得られる。
【００９５】
Ｖ1（２，２）＝ｆ（１，１）／Ａ＋ｆ（１，２）／Ｂ＋ｆ（１，３）／Ａ＋ｆ（２，１）／Ｂ＋Ｗ＊ｆ（２，２）／Ａ＋ｆ（２，３）／Ｂ＋ｆ（３，１）／Ａ＋ｆ（３，２）／Ｂ＋ｆ（３，３）／Ａ・・・・（３）
式（３）のように、中心となる画像データｆ（２，２）に、周辺の８つの画像データを増幅された利得に応じて重み付けして加えているので、Ａ／Ｄ変換回路４２の量子化ビット数が限られていても情報を補間し階調を豊かに再現できる。
【００９６】
第２のフィルタ処理部８１においても同様に、第２の利得Ｂで増幅された画像データｆ（ｉ，ｊ）に対して、空間フィルタ［２］を用いて、同様に第１の利得Ａで増幅された画像データと第２の利得Ｂで増幅された前記画像データのスムージング処理を行う。第２の利得Ｂで増幅された画像データのスムージング処理後の画像データをＶ2（ｉ，ｊ）とすると、第２のフィルタ処理部８０では式（４）の演算を行う。
【００９７】
【数２】
【００９８】
第２の利得Ｂで増幅された２行３列目の画像データｆ（２，３）を例に取り、第２のフィルタ処理部８１が行うスムージング処理を説明する。ｉ＝２、ｊ＝３を代入すると式（５）が得られる。
【００９９】
Ｖ2（２，３）＝α2（１，１）×ｆ（１，１）＋α2（１，２）×ｆ（１，２）＋α2（１，３）×ｆ（１，３）＋α2（２，１）×ｆ（２，１）＋α2（２，２）×ｆ（２，２）＋（２，３）×ｆ（２，３）＋α2（３，１）×ｆ（３，１）＋α2（３，２）×ｆ（３，２）＋α2（３，３）×ｆ（３，３）・・・・・（５）
空間フィルタ［１］の各要素の値を代入すると式（６）が得られる。
【０１００】
Ｖ2Ｖ（２，３）＝ｆ（１，１）／Ｂ＋ｆ（１，２）／Ａ＋ｆ（１，３）／Ｂ＋ｆ（２，１）／Ａ＋Ｗ＊ｆ（２，２）／Ｂ＋ｆ（２，３）／Ａ＋ｆ（３，１）／Ｂ＋ｆ（３，２）／Ａ＋ｆ（３，３）／Ｂ・・・・・（６）
同様に、中心となる画像データｆ（２，３）に周辺の８つの画像データを、増幅された利得に応じて重み付けして加えているので、Ａ／Ｄ変換回路４２の量子化ビット数が限られていても情報を補間し階調を豊かに再現できる。このようにして第１のフィルタ処理部８０と第２のフィルタ処理部８１は順次Ｖ（ｉ，ｊ）を算出しスムージング処理を行う。
【０１０１】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第２の実施形態について説明する。
【０１０２】
第２の実施形態は空間フィルタに変則メディアンフィルタを用いた例である。通常のメディアンフィルターは、ｎ×ｎの局所領域における濃度値を小さい順に並べ、真ん中の画像データの値を領域中央の画素の出力濃度とする処理であるが、本例で説明する変則メディアンフィルタは、分布中央の画素よりも一つ小さい画素を選択する処理である。本実施例では、３×３の領域の中心に利得が大きい第１の利得で得られた要素を使用したときにこの変則メディアンフィルタを使用する。
【０１０３】
例えば、第１のフィルタ処理部８０では式（７）の右辺に示す空間フィルタ［３］では変則メディアンフィルター（Ｍｅｄｉａｎ Ｎ１）の演算が行われる。
【０１０４】
Ｖ1（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ Ｎ１｛ｆ（ｉ−１，ｊ−１）／Ａ，ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ−１，ｊ＋１）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ−１）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ＋１）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ−１）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）／Ａ｝・・・・・（７）
式（７）の右辺の空間フィルタ［３］では、３×３の領域において第１の利得または第２の利得でそれぞれ重み付けを行った９つの値を算出して小さい順に並べ、中央より１つ小さい値、すなわち４番目の画像データをｆ（ｉ，ｊ）とする。
【０１０５】
第２のフィルタ処理部８１においても同様に式（８）の右辺に示す空間フィルタ［４］ではメディアンフィルターの演算を行う。
【０１０６】
Ｖ2（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ｛ｆ（ｉ−１，ｊ−１）／Ｂ，ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ−１，ｊ＋１）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ−１）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ＋１）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ−１）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）／Ｂ｝・・・・・（８）
式（７）の右辺の空間フィルタ［３］は本発明の第１の空間フィルタ、式（８）の右辺の空間フィルタ［４］は本発明の第２の空間フィルタである。また、本実施形態の第１の空間フィルタ、第２の空間フィルタはメディアンフィルタである。
【０１０７】
本実施形態のようにメディアンフィルタ、および変則メディアンフィルタを用いると、第１の実施形態よりも輪郭部の情報を残して画像を平滑化することができる。
【０１０８】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第３の実施形態について説明する。
【０１０９】
第３の実施形態は空間フィルタに１次元のフィルタを用いた一例である。
【０１１０】
図１１は第３の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。紙面左右方向は行方向、紙面上下方向は列方向であり、図中に行方向に行番号ｉと列方向に列番号ｊを記している。また、図中Ａはオペアンプ３２が第１の利得Ａで増幅すること、図中Ｂはオペアンプ３２が第２の利得Ｂで増幅することを、示している。
【０１１１】
図６の例では、マトリクス状に配列された検出素子Ｇａｂからの画像信号が、市松状に第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換えられていたが、図１１の例では行毎に第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換えられることを示している。空間フィルタに１次元のフィルタを用いる場合は、図１１のように行毎に第１の利得Ａまたは第２の利得Ｂに切り換えられるものとして以下説明する。
【０１１２】
図１２は第３の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。図１２（ａ）に示す空間フィルタ［５］は本発明の第１の空間フィルタ、図９（ｂ）に示す空間フィルタ［６］は本発明の第２の空間フィルタである。本実施形態では空間フィルタ［５］、空間フィルタ［６］は何れも１次元（３行）のマトリックスである。図１２（ａ）では空間フィルタ［５］のｋ行目の各要素の値をα5（ｋ）とし、マトリックスの中心の要素をα5（０）としている。また同様に、空間フィルタ［６］のｋ行目の各要素の値をα6（ｋ）とし、マトリックスの中心の要素をα6（０）としている。
【０１１３】
第１の利得Ａで増幅された画像データのスムージング処理後の画像データをＶ5（ｉ，ｊ）とすると、第１のフィルタ処理部８０では式（９）の演算を行う。
【０１１４】
【数３】
【０１１５】
すなわち、第１のフィルタ処理部８０では第１の利得で増幅された画像データに対して、式（１０）の右辺に示す演算を行う。
【０１１６】
Ｖ5（ｉ，ｊ）＝（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ｂ＋ｆ（ｉ，ｊ）／Ａ＋ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ｂ）／３・・・・（１０）
このように中心となる画像データｆ（ｉ，ｊ）の上下の画像データと平均化している。
【０１１７】
また、第２のフィルタ処理部８１においても同様に第２の利得で増幅された画像データに対して、式（１１）の右辺に示す空間フィルタ［６］の処理を行う。
【０１１８】
【数４】
【０１１９】
すなわち、第２のフィルタ処理部８１では第２の利得で増幅された画像データに対して、式（１２）の右辺に示す空間フィルタ［４］の演算を行う。
【０１２０】
Ｖ6（ｉ，ｊ）＝（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ａ＋ｆ（ｉ，ｊ）／Ｂ＋ｆ（ｉ＋１，ｊ）／Ａ）／３・・・・（１２）
このように１次元のフィルタを用いると演算処理が簡単になり、処理時間を短縮することができる。
【０１２１】
図１３は第３の実施形態に用いる空間フィルタの別例を説明する説明図である。
【０１２２】
図１３（ａ）に示す空間フィルタ［５］は本発明の第１の空間フィルタ、図９（ｂ）に示す空間フィルタ［６］は本発明の第２の空間フィルタである。空間フィルタ［５］、空間フィルタ［６］は図１２と同様に何れも１次元（３行）のマトリックスであるが、各要素の値α5（ｋ）、α6（ｋ）が異なっている。本例では、中心となる画像データｆ（ｉ，ｊ）の情報が図１２の例より強調される。
【０１２３】
次に、ステップＳ１０６で行うスムージング処理の第４の実施形態について説明する。
【０１２４】
第４の実施形態は空間フィルタに１次元のメディアンフィルタを用いた例である。
【０１２５】
例えば、第１のフィルタ処理部８０では第１の利得で増幅された画像データに対して、式（１３）の右辺に示す演算を行う。式（１３）の右辺は本発明の第１の空間フィルタである。
【０１２６】
Ｖ（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ（（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ＋１，ｊ））／Ｂ）・・・・（１３）
また、第２のフィルタ処理部８１においても同様に第２の利得で増幅された画像データに対して、式（１４）に示す空間フィルタ［２］の処理を行う。式（１４）の右辺は本発明の第２の空間フィルタである。
【０１２７】
Ｖ（ｉ，ｊ）＝Ｍｅｄｉａｎ（（ｆ（ｉ−１，ｊ）／Ａ，ｆ（ｉ，ｊ）／Ｂ，ｆ（ｉ＋１，ｊ））／Ａ）・・・・（１４）
本実施形態ではメディアンフィルタの処理を１次元の画像データに対して行うので、第２の実施形態より演算処理が簡単になり、処理時間を短縮することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、コンソール７のＣＰＵ９８が第１のフィルタ処理部８０、第２のフィルタ処理部８１を有するものとして説明したが、例えば画像検出装置６に第１のフィルタ処理部８０、第２のフィルタ処理部８１を内蔵しても良い。
【０１２９】
また、本実施形態では画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅するものとして説明したが、第１の利得、第２の利得に加えて第３の利得、第４の利得など、他の利得で増幅した画像信号をＡ／Ｄ変換し、画像データとしても良い。その場合は、第３の利得、第４の利得で増幅した画像データに、他の利得で増幅された画像データの情報を加える第３のフィルタ処理部、第４のフィルタ処理部など、が必要である。
【０１３０】
以上このように、本発明によれば、同程度の感度を有する検出素子からの画像信号を所定の順序で低い利得または高い利得で増幅してからＡ／Ｄ変換処理を行う。このことにより、低い利得で増幅した画像信号については高輝度画像のコントラスト再現が確保でき、高い利得で増幅した信号については低輝度画像のコントラスト再現が確保できる。このようにして得られたＡ／Ｄ変換後の画像データに空間フィルタ処理を行うことにより、トータルとして低輝度から高輝度に至るまで撮影画像の階調を再現できる。この結果、高精度な診断が可能となる多くの階調を再現できる放射線画像検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明に係わる放射線画像検出装置６を適用した放射線画像撮影システム１００の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係わる放射線画像検出装置６の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わるＦＰＤ４０の概略を示すブロック図である。
【図４】検出素子Ｇａｂと出力回路１３−ｂの回路構成例を示す図面である。
【図５】オペアンプ３２の入出力特性の一例を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。
【図７】コンソール７の内部構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図８】放射線画像検出装置６による撮影の手順を説明するフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。
【図１０】空間フィルタ［１］、空間フィルタ［２］の処理対象となる画像データを説明する説明図である。
【図１１】第３の実施形態において、検出素子Ｇａｂ毎に切り換えるオペアンプ３２の利得の一例を示す図である。
【図１２】第３の実施形態に用いる空間フィルタの一例を説明する説明図である。
【図１３】第３の実施形態に用いる空間フィルタの別例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 放射線画像撮影システム
２ サーバ
３ 放射線画像撮影装置
４ 放射線照射操作装置
６ 放射線画像検出装置
７ コンソール
８ ネットワーク
１１ センサ部
３０ フォトダイオード
３３ キャパシタ
３５ キャパシタ
３６ ゲイン切換部
４０ ＦＰＤ
４１ タイミングコントローラ
４２ Ａ／Ｄ変換回路
１０ 画像処理部
１１ 温度補償回路
１４ 第１の演算増幅器
１５ 第２の演算増幅器
１３ トランジスタ
３２ オペアンプ
３６ ゲイン切換部
８０ 第１のフィルタ処理部
８１ 第２のフィルタ処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出して画像信号を出力するマトリクス状に配置された検出素子と、
前記検出素子からの画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅して出力する増幅回路と、
前記検出素子それぞれの配置された位置に応じて前記増幅回路の利得を前記第１の利得または前記第２の利得に設定する利得制御手段と、
前記利得制御手段により設定された利得に基づいて増幅された前記増幅回路の出力をデジタル値の画像データに変換するＡ／Ｄ変換部と、
を有することを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記検出素子は、検出した放射線量に対する画像信号出力に線形性を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、入力された画像信号に対して線形性を有するデジタル信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線画像検出装置と、
前記画像データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第１の重み付けを有する第１の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第１のフィルタ処理部と、
前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第２の重み付けを有する第２の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第２のフィルタ処理部と、
を有することを特徴とする放射線画像撮影システム。
【請求項１】
放射線を検出して画像信号を出力するマトリクス状に配置された検出素子と、
前記検出素子からの画像信号を第１の利得または第２の利得で増幅して出力する増幅回路と、
前記検出素子それぞれの配置された位置に応じて前記増幅回路の利得を前記第１の利得または前記第２の利得に設定する利得制御手段と、
前記利得制御手段により設定された利得に基づいて増幅された前記増幅回路の出力をデジタル値の画像データに変換するＡ／Ｄ変換部と、
を有することを特徴とする放射線画像検出装置。
【請求項２】
前記検出素子は、検出した放射線量に対する画像信号出力に線形性を有し、
前記Ａ／Ｄ変換部は、入力された画像信号に対して線形性を有するデジタル信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の放射線画像検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線画像検出装置と、
前記画像データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第１の重み付けを有する第１の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第１のフィルタ処理部と、
前記記憶部に記憶された前記第２の利得で増幅された前記画像データに、前記利得制御手段で設定された利得の配列に対応した第２の重み付けを有する第２の空間フィルタを用いて前記記憶部に記憶された前記第１の利得で増幅された前記画像データの情報を加える第２のフィルタ処理部と、
を有することを特徴とする放射線画像撮影システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１５４８１８（Ｐ２００８−１５４８１８Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４７３９５（Ｐ２００６−３４７３９５）
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]