Ｘ線検出器、Ｘ線撮影システム、及び画像合成方法
【課題】エリアセンサが故障した場合でも画像形成を行うことを可能として、メンテナンスコストを抑える。
【解決手段】Ｘ線検出器は、複数のエリアセンサ２５を備える。レンズ２１は、各エリアセンサ２５の撮像領域ＩＡが、シンチレータ２０の発光面２０ａをエリアセンサ２５ごとに区分した１つの区分領域ＳＡと、この区分領域ＳＡから隣接する各区分領域ＳＡの少なくとも中心位置まで重複する重複領域ＯＡとからなる範囲を有するように、発光面２０ａの光を各エリアセンサ２５の受光領域２６に導く。画像処理部は、各エリアセンサ２５の出力信号に基づいてエリアセンサ２５の故障検出を行い、故障したエリアセンサ２５に隣接する少なくとも２つのエリアセンサ２５の出力信号を用いて、故障したエリアセンサ２５の出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサ２５の出力信号とを合成して合成画像を生成する。
【解決手段】Ｘ線検出器は、複数のエリアセンサ２５を備える。レンズ２１は、各エリアセンサ２５の撮像領域ＩＡが、シンチレータ２０の発光面２０ａをエリアセンサ２５ごとに区分した１つの区分領域ＳＡと、この区分領域ＳＡから隣接する各区分領域ＳＡの少なくとも中心位置まで重複する重複領域ＯＡとからなる範囲を有するように、発光面２０ａの光を各エリアセンサ２５の受光領域２６に導く。画像処理部は、各エリアセンサ２５の出力信号に基づいてエリアセンサ２５の故障検出を行い、故障したエリアセンサ２５に隣接する少なくとも２つのエリアセンサ２５の出力信号を用いて、故障したエリアセンサ２５の出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサ２５の出力信号とを合成して合成画像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチエリアセンサ型のＸ線検出器、このＸ線検出器を用いたＸ線撮影システム、及び画像合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野等において、Ｘ線源から被検体を透過して入射したＸ線を、直接デジタル画像として撮影可能なフラットパネル型検出器（ＦＰＤ）が普及している。このＦＰＤには、液晶表示装置などに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネル上に、Ｘ線を直接電荷に変換するアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等のＸ線変換層を積層して構成される直接変換型のものがある。また、ＦＰＤには、ＴＦＴパネル上に、Ｘ線を可視光に変換するヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のシンチレータと、可視光を電荷に変換する複数のフォトダイオードとを積層して構成される間接変換型のものがある。
【０００３】
ＦＰＤは、直接変換型の場合にはＸ線変換層の全体、間接変換型の場合にはシンチレータの全体をカバーする大型のＴＦＴパネルを用いるため、製造コストが高いという問題がある。そこで、間接変換型のＦＰＤにおいて、ＴＦＴパネルの代わりに、ＣＣＤ等の比較的安価な汎用の小型エリアセンサ（固体撮像素子）を２次元状に並べて用いることで、製造コストを抑えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。実際に、シンチレータと複数のＣＣＤとで構成した間接変換型のＸ線検出器は、コスト面での優位性に加えて、撮像スピードが速く、かつ高感度であるといった性能面での優位性も有することから、近年注目を集めており、既に市販されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＦＰＤでは、故障が生じた場合に、その故障箇所がＴＦＴパネルの一部分であったとしても、ＴＦＴパネルの全体を交換する必要があるが、一方の複数のエリアセンサをセンサパネルとして用いたＸ線検出器（以下、マルチエリアセンサ型Ｘ線検出器という）では、故障が生じた場合に、故障部分のエリアセンサを交換することにより修復を行うことができる。したがって、マルチエリアセンサ型Ｘ線検出器は、メンテナンス性に優れるといった利点も有する（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３５０７９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】株式会社アールエフ“デジタルＸ線センサー デジトゲンＮＡＯＭＩ”、［online］、［平成２１年９月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.digitgen.com/naomi/tech/ccdstructure.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来のマルチエリアセンサ型Ｘ線検出器は、センサパネルの一部が故障した場合に、故障部分のエリアセンサを交換することで修復が可能であるが、しかしながら、１つのエリアセンサのみが故障した場合であっても画像形成を行うことができなくなるため、修復を行う必要があるといった問題がある。この修復作業は、故障が発生した際に、Ｘ線撮影を行う技師がその場で行えるほど容易なものではないため、Ｘ線検出器の製造メーカ等で行う必要がある。
【０００８】
したがって、従来のマルチエリアセンサ型Ｘ線検出器では、１つのエリアセンサのみが故障した場合であっても、そのＸ線検出器の修復が完了するまでは撮影を行うことができないため、故障に迅速に対応するには、予備のＸ線検出器を用意しておくことが必要である。したがって、従来のマルチエリアセンサ型Ｘ線検出器は、実質的にメンテナンスコストが高く、改善の余地が残されている。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エリアセンサが故障した場合でも画像形成を行うことを可能とし、メンテナンスコストを抑えることができるＸ線検出器、Ｘ線撮影システム、及び画像合成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のＸ線検出器は、入射Ｘ線に応答して発光面から光を発する蛍光板と、前記蛍光体の発光面を撮像するように２次元配列された複数のエリアセンサと、前記各エリアセンサの撮像領域が、前記発光面を前記エリアセンサごとに区分した１つの区分領域と、この区分領域から隣接する各区分領域の少なくとも中心位置まで重複する重複領域とからなる範囲を有するように、前記発光面の光を前記各エリアセンサの受光領域に導く光学系と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
なお、前記エリアセンサは、第１方向とこれに直交する第２方向に沿って正方格子状に配列されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記重複領域は、前記第１及び第２方向に隣接する区分領域の少なくとも５０％の領域に重複していることが好ましい。
【００１３】
また、前記区分領域からの光は、対応する前記エリアセンサの受光領域の中心を含む第１領域に入射し、前記重複領域からの光は、前記第１領域の周囲を取り囲む第２領域に入射することが好ましい。
【００１４】
また、本発明のＸ線撮影システムは、上記いずれかのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器にＸ線を照射するＸ線源と、前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出する故障検出手段と、前記故障検出手段により検出された故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成する画像合成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
なお、前記エリアセンサの出力信号から前記光学系による光学歪みを除去する歪み補正手段を備えることが好ましい。
【００１６】
また、前記Ｘ線源に一様な強度のＸ線を前記Ｘ線検出器に照射させた状態で、前記画像合成手段により得られる合成画像にフィルタ処理を施すことにより、シェーディング補正用の補正データを作成する補正データ作成手段と、前記補正データ作成手段により作成された補正データに基づき、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被検体を配した状態で得られる前記合成画像にシェーディング補正を行うシェーディング補正手段と、を備えることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の画像合成方法は、上記いずれかのＸ線検出器の出力信号に基づく画像合成方法において、前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出し、故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エリアセンサが故障した場合でも画像形成を行うことが可能であり、メンテナンスコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＸ線撮影システムの構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線検出器の構成を示す図であり、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図３】エリアセンサの受光領域上に結像する画像の範囲を説明する斜視図である。
【図４】エリアセンサに接続された回路と画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】歪み補正処理を説明する図であり、（Ａ）は、歪み補正前の第１及び第２画像データ、（Ｂ）は、歪み補正後の第１及び第２画像データを示す。
【図６】故障判定処理を説明するフローチャートである。
【図７】エリアセンサの平均画素値を例示するグラフである。
【図８】画像合成時に一時的に作成する画像データを模式的に示す図である。
【図９】代替用画像データの生成方法を説明する図である。
【図１０】合成画像データを示す図である。
【図１１】Ｘ線撮影システムの作用を説明するフローチャートである。
【図１２】故障エリアセンサが複数でかつ隣接する場合の代替用画像データの作成方法を模式的に示す図である。
【図１３】代替用画像データを生成することができない故障エリアセンサの配列パターンを示す図である。
【図１４】撮像領域とそれに隣接する区分領域との重複率が５０％より大きい場合のＸ線検出器の構成を示す断面図である。
【図１５】重複率が５０％より大きい場合の第１〜第３接合画像データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１において、本発明のＸ線撮影システム１０は、天板Ｕに載置された患者（被検体）ＭにＸ線を照射するＸ線源１１と、被検体Ｍを透過したＸ線像を検出するＸ線検出器１２と、Ｘ線源１１の照射動作及びＸ線検出器１２の検出動作を制御する撮影制御部１３と、Ｘ線源１１による被検体ＭへのＸ線照射に伴ってＸ線検出器１２から出力される画像データに基づいて被検体Ｍの透過Ｘ線像に対応するＸ線画像を生成する画像処理部１４と、画像処理部１４により生成されたＸ線画像や、Ｘ線撮影に必要な操作メニュー等を画像表示モニタ１５に表示させる表示制御部１６とを備える。
【００２１】
また、Ｘ線撮影システム１０には、Ｘ線撮影の撮影条件の設定や、Ｘ線撮影の実行指示の入力を行なう操作部１７と、ＣＰＵと動作プログラムとにより構成された主制御部１８が設けられている。主制御部１８は、操作部１７による各種の指令入力に応じて各部を制御し、装置全体を適切に動作させる。
【００２２】
図２（Ａ）において、Ｘ線検出器１２は、シンチレータ（蛍光板）２０と、複数のレンズ２１がレンズ保持部材２２により保持されてなるレンズアレイ２３と、各レンズ２１に対応するように基板２４上に配置されたエリアセンサ２５とからなる。シンチレータ２０、レンズアレイ２３、及び基板２４は、この順に配置され、不図示の筐体により保持されている。
【００２３】
シンチレータ２０は、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）やヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等からなり、入射Ｘ線を約５５０ｎｍの波長の可視光に変換して射出する。レンズ２１は、シンチレータ２０から射出された可視光を集光してエリアセンサ２５の受光領域２６に入射させる。エリアセンサ２５は、モノクロのＣＣＤ型固体撮像素子からなり、入射した可視光を電気信号（撮像信号）に変換して出力する。
【００２４】
エリアセンサ２５は、図２（Ｂ）に示すように、基板２４の平面上の一方向（Ｘ方向）とこれに直交する方向（Ｙ方向）に沿って、所定のピッチＰで２次元正方格子状に配列されている。レンズ２１は、エリアセンサ２５の受光領域２６の中心位置に光軸が直交するように、エリアセンサ２５とシンチレータ２０との間に配置されている。
【００２５】
レンズ２１からエリアセンサ２５までの距離Ｌ１と、レンズ２１からシンチレータ２０の発光面２０ａまでの距離Ｌ２とは、シンチレータ２０の発光面２０ａから発せられる可視光像のうち、撮像領域ＩＡの可視光がエリアセンサ２５の受光領域２６に入射するように設定されている。
【００２６】
破線Ｂは、隣接するエリアセンサ２５の間の中間位置を示す仮想線である。この破線Ｂは、シンチレータ２０の発光面２０ａを、エリアセンサ２５ごとに均等に区分しており、エリアセンサ２５の数に対応した区分領域ＳＡが形成されている。各区分領域ＳＡは、正方形状である。
【００２７】
一方、各エリアセンサ２５が撮像する領域である前述の撮像領域ＩＡは、Ｘ方向及びＹ方向にピッチＰの２倍の長さを有する矩形領域であり、区分領域ＳＡの４倍の面積を有している。すなわち、撮像領域ＩＡは、それに対応するエリアセンサ２５の区分領域ＳＡに対してＸＹ方向及び斜め方向に隣接する各区分領域ＳＡの中心位置を境界とする領域である。図２（Ｂ）には、１つのエリアセンサ２５の撮像領域ＩＡのみを示している。撮像領域ＩＡ中に斜線のハッチングで示した領域ＯＡは、隣接するエリアセンサ２５の区分領域ＳＡに重複する重複領域である。
【００２８】
図３において、各エリアセンサ２５の受光領域２６は、シンチレータ２０の発光面２０ａのうちの該エリアセンサ２５に対応する区分領域ＳＡの可視光が入射する第１領域２６ａと、該区分領域ＳＡに隣接する他の区分領域ＳＡに重複する重複領域ＯＡの可視光が入射する第２領域２６ｂとに分けられる。
【００２９】
詳しくは後述するが、すべてのエリアセンサ２５が正常である正常時には、各エリアセンサ２５の第１領域２６ａに対応する画像データ（以下、第１画像データＤ１という）を繋ぎ合わせることにより、Ｘ線画像が生成される。一方の第２領域２６ｂに対応する画像データ（以下、第２画像データＤ２という）は、正常時には使用されないが、その第２領域２６ｂを含むエリアセンサ２５に隣接するエリアセンサ２５が故障した場合に、この故障したエリアセンサ２５の第１画像データＤ１を代替するための代替用画像データを作成するために用いられる。なお、エリアセンサ２５の故障には、エリアセンサ２５内の出力アンプの故障により撮像信号が異常値となる場合や、エリアセンサ２５と基板２４との実装不良により撮像信号が異常値となる場合などがある。
【００３０】
図４において、各エリアセンサ２５の出力端子には、エリアセンサ２５から出力される撮像信号からノイズを除去するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路３０と、ＣＤＳ回路３０から出力された撮像信号をデジタルの画像データに変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１から出力された１フレーム分の画像データを記憶するフレームメモリ３２とがそれぞれ接続されている。このフレームメモリ３２には、受光領域２６の第１領域２６ａに対応する第１画像データＤ１と、第２領域２６ｂに対応する第２画像データＤ２が記憶される。これらのＣＤＳ回路３０、Ａ／Ｄ変換器３１、及びフレームメモリ３２は、基板２４上に直接実装されるか、或いは、フレキシブル回路基板などを介して基板２４に接続されている。
【００３１】
画像処理部１４は、読み出し選択部３３、歪み補正部３４、故障判定部３５、画像合成部３６、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理部３７、補正データ記憶部３８、シェーディング補正部３９、及び画像メモリ４０によって構成されている。これらのうち、故障判定部３５及びＬＰＦ処理部３７は、Ｘ線撮影システム１０のキャリブレーション動作時に機能するものである。このキャリブレーション動作は、レンズ２１の集光により、エリアセンサ２５の受光領域２６の中心から周辺部に向けて生じる光量低下（すなわち、シェーディング）を補正するためのものである。
【００３２】
キャリブレーション動作は、操作部１７からの入力指示により主制御部１８の制御に基づいて行われるものであり、主制御部１８は、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２の全体に一様な一定強度のＸ線を照射させるとともに、Ｘ線検出器１２及び画像処理部１４を動作させる。なお、このキャリブレーション動作は、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２との間に被検体Ｍが配置されていない状態で行われる。
【００３３】
まず、キャリブレーション動作時の画像処理部１４の機能を説明する。読み出し選択部３３は、上記のように一様な強度のＸ線がＸ線検出器１２に照射された状態で、Ｘ線検出器１２により検出動作が行われた結果、各フレームメモリ３２に記憶された第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２をそれぞれ読み出して歪み補正部３４に入力する。
【００３４】
歪み補正部３４は、レンズ２１により生じる光学的な歪みを補正する。具体的には、歪み補正部３４は、予め格子状の画像を撮影することにより作成された歪み補正データを記憶しておき、歪みが生じた第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２（図５（Ａ）参照）に対して歪み補正を行うことで、歪みのない第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’（図５（Ｂ）参照）を生成する。このように歪みが除去された第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’は、故障判定部３５及び画像合成部３６に入力される。
【００３５】
故障判定部３５は、図６のフローチャートに示すように、まず、入力された第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’の画素値（各画素の輝度値）を対応するエリアセンサ２５ごとに積算して平均化することで、各エリアセンサ２５の平均画素値を算出する（ステップＳ１）。次いで、各エリアセンサ２５について、それと隣接するエリアセンサ２５との間の平均画素値の差分値（差の絶対値）を算出する（ステップＳ２）。このステップＳ２では、Ｘ方向及びＹ方向に隣接するエリアセンサ２５の間で該差分値を算出することが好ましい。
【００３６】
次いで、ステップＳ２で算出された差分値に、所定値より大きいものが存在するか否かを判定する（ステップＳ３）。所定値より大きい差分値が存在する場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、隣接する少なくとも２つのエリアセンサ２５との平均画素値の差分値が所定値より大きいエリアセンサ２５を故障と判定することにより、故障したエリアセンサ２５を特定する（ステップＳ４）。図７は、Ｘ方向またはＹ方向に並ぶエリアセンサ２５の平均画素値をプロットしたものであり、第３番目のエリアセンサ２５が、それに隣接する第２番目のエリアセンサ２５との平均画素値の差分値Δ２３と、第４番目のエリアセンサ２５との平均画素値の差分値Δ３４とのそれぞれが所定値より大きく、故障したエリアセンサ２５として特定される例を示している。
【００３７】
そして、故障判定部３５は、故障したエリアセンサ２５の位置情報を示す故障情報ＦＩを、読み出し選択部３３及び画像合成部３６に供給する（ステップＳ５）。一方、ステップＳ３において、所定値より大きい差分値が存在しない場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、故障したエリアセンサ２５が存在しないため、ステップＳ４をスキップしてステップＳ５に移行し、故障したエリアセンサ２５が存在しないこと（すなわち、すべて正常であること）を、故障情報ＦＩとして読み出し選択部３３及び画像合成部３６に供給する。
【００３８】
画像合成部３６は、歪み補正部３４から入力された各エリアセンサ２５に対応する第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’に基づき、Ｘ線検出器１２の全撮影領域を表す合成画像を生成する。図８は、画像合成部３６が合成画像を作成する第１段階として一時的に作成する画像データを模式的に示す（簡単化のため、５個×５個のエリアセンサ２５に対応する画像データを示している）。同図中の＃１〜＃２５は、各画像データに対応するエリアセンサ２５の位置を区別する番号である。
【００３９】
画像合成部３６は、まず、歪み補正部３４から入力された各エリアセンサ２５の第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’から、合成画像の作成に必要なデータを、故障判定部３５から供給された故障情報ＦＩに基づいて選別する。具体的には、画像合成部３６は、故障したエリアセンサ２５（＃１３のエリアセンサ）の第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’と、正常でかつ故障したエリアセンサ２５に隣接しないエリアセンサ２５（＃１〜＃５，＃６，＃１０，＃１１，＃１５，＃１６，＃２０，＃２１〜＃２５のエリアセンサ）の第２画像データＤ２’とを削除する。この結果、第２画像データＤ２’は、故障したエリアセンサ２５に隣接する周囲８個のエリアセンサ２５（＃７〜＃９，＃１２，＃１４，＃１７〜＃１９）に対応するもののみが残存する。同図中のａ〜ｈは、残存した第２画像データＤ２’のうち、故障したエリアセンサ２５の区分領域ＳＡに重複する領域を示している。
【００４０】
次いで、画像合成部３６は、図９に示すように、上記第２画像データＤ２’のうち、Ｘ方向に対向する領域ａ，ｂを接合して第１接合画像データＣ１を生成し、Ｙ方向に対向する領域ｃ，ｄを接合して第２接合画像データＣ２を生成し、斜め方向に対向する領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈを接合して第３接合画像データＣ３を生成する。そして、画像合成部３６は、これらの第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３を重ね合わせ、対応する画素値を加算して平均化することにより、代替用画像データＳを生成する。この平均化により、代替用画像データＳは、Ｓ／Ｎが高く、領域ａ〜ｈの接合部分が平滑化されて目立ち難くいものとなる。
【００４１】
さらに、画像合成部３６は、図１０に示すように、故障したエリアセンサ２５に対応する第１画像データＤ１’を代替用画像データＳで置き換え、この代替用画像データＳを、その他のエリアセンサ２５に対応する第１画像データＤ１’と接合することにより、合成画像データＴを作成する。
【００４２】
キャリブレーション動作時には、画像合成部３６により作成された合成画像データＴは、ＬＰＦ処理部３７に入力される。ＬＰＦ処理部３７は、入力された合成画像データＴに対して、移動平均処理等のＬＰＦ処理を行うことにより、レンズ２１のシェーディング特性を表す補正データを生成する。この補正データは、補正データ記憶部３８に記憶される。
【００４３】
次に、上記のキャリブレーション動作後に行われる撮影動作時の画像処理部１４の機能を説明する。この撮影動作は、操作部１７からの入力指示により主制御部１８の制御に基づいて行われるものであり、主制御部１８は、Ｘ線源１１に被検体Ｍの撮影条件に応じた強度のＸ線を発生させるとともに、Ｘ線検出器１２及び画像処理部１４を動作させる。Ｘ線検出器１２は、被検体Ｍを透過したＸ線を検出し、各エリアセンサ２５から出力される撮像信号が、各フレームメモリ３２に第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２として記憶される。
【００４４】
読み出し選択部３３は、故障判定部３５から供給された前述の故障情報ＦＩに基づき、故障したエリアセンサ２５に対応するフレームメモリ３２以外のフレームメモリ３２から第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２を読み出して歪み補正部３４に入力する。歪み補正部３４は、入力された第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２について、上記と同一の歪み補正処理を行うことにより、歪みが除去された第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’を生成する。撮影動作時には、この第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’は、画像合成部３６にのみ入力される。
【００４５】
画像合成部３６は、歪み補正部３４から入力された各エリアセンサ２５に対応する第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’に基づき、上記と同一の画像合成処理を行うことにより、合成画像データＴを生成する。この合成画像データＴは、シェーディング補正部３９に入力される。シェーディング補正部３９は、入力され合成画像データＴから、補正データ記憶部３８に記憶された補正データを画素ごとに減算することにより、シェーディング補正を行う。このシェーディング補正後の合成画像データＴ’は、画像メモリ４０に記憶される。この合成画像データＴ’は、被検体Ｍの撮影領域のＸ線画像として、前述の表示制御部１６により画像表示モニタ１５に表示される。
【００４６】
次に、以上のように構成されたＸ線撮影システム１０の作用を図１１に示すフローチャートに沿って説明する。被検体ＭをＸ線源１１とＸ線検出器１２との間に配置しない状態で、技師により操作部１７からキャリブレーション動作の開始指示が入力されると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２に一様な一定強度のＸ線照射が行われ、Ｘ線検出器１２によりＸ線の検出動作が行われる（ステップＳ１２）。このＸ線検出動作によりＸ線検出器１２の各エリアセンサ２５から出力された撮像信号が、第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２に変換され、歪み補正が行われた後、故障判定部３５により、故障したエリアセンサ２５の検出が行われる（ステップＳ１３）。
【００４７】
次いで、故障判定部３５により検出されたエリアセンサ２５の故障情報ＦＩに基づき、画像合成部３６により前述の画像合成が行われ、ＬＰＦ処理部３７によりＬＰＦ処理が行われることにより、シェーディング特性を表す補正データが作成されて、補正データ記憶部３８に記憶される（ステップＳ１４）。
【００４８】
この後、技師により操作部１７から撮影条件等の設定が行われた後、撮影動作の開始指示が入力されると（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２に撮影条件に応じた強度のＸ線照射が行われ、Ｘ線検出器１２によりＸ線の検出動作が行われる（ステップＳ１６）。このＸ線検出動作によりＸ線検出器１２の各エリアセンサ２５から出力された撮像信号が、第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２に変換され、歪み補正が行われた後、故障情報ＦＩに基づいて画像合成部３６により前述の画像合成が行われ、合成画像データＴが生成される（ステップＳ１７）。
【００４９】
そして、補正データ記憶部３８に記憶された補正データに基づき、シェーディング補正部３９によりシェーディング補正が行われる（ステップＳ１８）。シェーディング補正が行われた合成画像データＴ’は、画像メモリ４０に記憶され、被検体Ｍの撮影領域のＸ線画像として、前述の表示制御部１６により画像表示モニタ１５に表示される（ステップＳ１９）。
【００５０】
同図のフローチャートは、キャリブレーション動作の後、１回の撮影動作が行われる例を示しているが、キャリブレーション動作は、撮影動作の前に必ず行われるものでなく、キャリブレーション動作後、撮影動作が連続して行われる場合がある。撮影動作が連続して行われた場合には、各撮影動作では、直近のキャリブレーション動作により取得された同一の補正データによりシェーディング補正が行われる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、図８に示したように、故障したエリアセンサ２５に隣接する周囲の８個のエリアセンサ２５の第２画像データＤ２’に含まれる領域ａ〜ｈを用いて、代替用画像データＳを作成しているため、故障したエリアセンサ２５が複数存在する場合であっても、それが点在している場合には、精度良く代替用画像データＳを生成することができるが、故障したエリアセンサ２５が隣接している場合には、一方の故障エリアセンサ２５の第２画像データＤ２’が、他方の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成に部分的に用いられることになるため、代替用画像データＳの精度が低下する。
【００５２】
そこで、故障エリアセンサ２５が隣接する場合には、図９で示したような第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３の平均化を行わずに、故障エリアセンサ２５の位置に応じて、第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３のいずれかを代替用画像データＳとして選択すればよい。例えば、図１２に示すように、＃８，＃１２，＃１３の３個の故障エリアセンサ２５が隣接する場合には、領域ａ，ｂを接合した第１接合画像データＣ１により＃８の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成し、領域ｃ，ｄを接合した第２接合画像データＣ２により＃１２の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成し、領域ｅ〜ｈを接合した第３接合画像データＣ３により＃１３の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成すればよい。
【００５３】
しかしながら、故障エリアセンサ２５の配列パターンが、図１３（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかのパターン、または、それらの回転対称形若しくは線対称形を含む場合には、第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３で代替用画像データＳを生成することができない故障エリアセンサ２５が存在するため、この場合には、警告表示等により、ユーザに報知を行うことが好ましい。
【００５４】
また、上記実施形態では、図２（Ａ），（Ｂ）で示したように、各エリアセンサ２５の撮像領域ＩＡを、Ｘ方向及びＹ方向に隣接する区分領域ＳＡの５０％の位置まで重複させているが、この重複率を５０％より大きく、例えば、重複率を６０％程度とすることも好ましい。図１４は、上記重複率を６０％とするように、距離Ｌ１，Ｌ２を設定したＸ線検出器１２の構成を示す。
【００５５】
この場合には、図１５に示すように、第１接合画像データＣ１は、領域ａ，ｂをＸ方向に重複させて接合することにより生成され、第２接合画像データＣ２は、領域ｃ，ｄをＸ方向に重複させて接合することにより生成され、第３接合画像データＣ３は、領域ｅ〜ｆをＸＹ方向に重複させて接合することにより生成される。各重複部は、重複する画素値を平均化することによって画像化される。このように、重複部を設けることで、領域間の接合部が平滑化されるという利点がある。なお、上記重複部は、画素値の平均化以外に、境界部からの距離に応じて画素値を重み付け加算することや、各領域からランダムにいずれかの画素値を選択することによって画像化することも可能であり、これらの場合にも領域間の接合部が平滑化されるという効果が得られる。
【００５６】
また、上記実施形態では、レンズ２１の光学的特性を考慮して、歪み補正及びシェーディング補正を行っているが、レンズ２１の光学的性能が高く、歪みやシェーディングを無視することができる場合には、歪み補正及び／又はシェーディング補正を行わなくてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、隣接するエリアセンサ２５の平均画素値の差分値に基づいて故障したエリアセンサ２５を検出しているが、故障検出方法はこれに限られず、他の検出方法を用いてもよい。例えば、各エリアセンサ２５の平均画素値が、Ｘ線検出器１２に照射されるＸ線強度から推測される範囲内にあるか否かを判定することにより、故障したエリアセンサ２５を検出することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、エリアセンサ２５の受光領域２６の第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの区分けを固定しているが、区分領域ＳＡの可視光が入射する領域に正確に対応するように、第１領域２６ａの位置及び形状を可変としてもよい。第１領域２６ａの位置及び形状は、例えば、格子状の被写体を撮影し、それが写し込まれる受光領域２６上の位置に基づいて決定する。
【００５９】
また、上記実施形態では、エリアセンサ２５とシンチレータ２０との間の光学系として、単一のレンズ２１を配置しているが、複数のレンズを組み合わせた光学系を配置してもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、エリアセンサ２５としてＣＣＤ型固体撮像素子を例示しているが、ＣＭＯＳセンサなどの他の固体撮像素子を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線源
１２ Ｘ線検出器
１４ 画像処理部
２０ シンチレータ
２０ａ 発光面
２１ レンズ
２２ レンズ保持部材
２３ レンズアレイ
２４ 基板
２５ エリアセンサ
２６ 受光領域
２６ａ 第１領域
２６ｂ 第２領域
３３ 読み出し選択部
３４ 歪み補正部
３５ 故障判定部
３６ 画像合成部
３７ ローパスフィルタ処理部
３８ 補正データ記憶部
３９ シェーディング補正部
ＦＩ 故障情報
ＩＡ 撮像領域
ＳＡ 区分領域
ＯＡ 重複領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチエリアセンサ型のＸ線検出器、このＸ線検出器を用いたＸ線撮影システム、及び画像合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野等において、Ｘ線源から被検体を透過して入射したＸ線を、直接デジタル画像として撮影可能なフラットパネル型検出器（ＦＰＤ）が普及している。このＦＰＤには、液晶表示装置などに用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）パネル上に、Ｘ線を直接電荷に変換するアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等のＸ線変換層を積層して構成される直接変換型のものがある。また、ＦＰＤには、ＴＦＴパネル上に、Ｘ線を可視光に変換するヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のシンチレータと、可視光を電荷に変換する複数のフォトダイオードとを積層して構成される間接変換型のものがある。
【０００３】
ＦＰＤは、直接変換型の場合にはＸ線変換層の全体、間接変換型の場合にはシンチレータの全体をカバーする大型のＴＦＴパネルを用いるため、製造コストが高いという問題がある。そこで、間接変換型のＦＰＤにおいて、ＴＦＴパネルの代わりに、ＣＣＤ等の比較的安価な汎用の小型エリアセンサ（固体撮像素子）を２次元状に並べて用いることで、製造コストを抑えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。実際に、シンチレータと複数のＣＣＤとで構成した間接変換型のＸ線検出器は、コスト面での優位性に加えて、撮像スピードが速く、かつ高感度であるといった性能面での優位性も有することから、近年注目を集めており、既に市販されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＦＰＤでは、故障が生じた場合に、その故障箇所がＴＦＴパネルの一部分であったとしても、ＴＦＴパネルの全体を交換する必要があるが、一方の複数のエリアセンサをセンサパネルとして用いたＸ線検出器（以下、マルチエリアセンサ型Ｘ線検出器という）では、故障が生じた場合に、故障部分のエリアセンサを交換することにより修復を行うことができる。したがって、マルチエリアセンサ型Ｘ線検出器は、メンテナンス性に優れるといった利点も有する（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３５０７９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】株式会社アールエフ“デジタルＸ線センサー デジトゲンＮＡＯＭＩ”、［online］、［平成２１年９月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.digitgen.com/naomi/tech/ccdstructure.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来のマルチエリアセンサ型Ｘ線検出器は、センサパネルの一部が故障した場合に、故障部分のエリアセンサを交換することで修復が可能であるが、しかしながら、１つのエリアセンサのみが故障した場合であっても画像形成を行うことができなくなるため、修復を行う必要があるといった問題がある。この修復作業は、故障が発生した際に、Ｘ線撮影を行う技師がその場で行えるほど容易なものではないため、Ｘ線検出器の製造メーカ等で行う必要がある。
【０００８】
したがって、従来のマルチエリアセンサ型Ｘ線検出器では、１つのエリアセンサのみが故障した場合であっても、そのＸ線検出器の修復が完了するまでは撮影を行うことができないため、故障に迅速に対応するには、予備のＸ線検出器を用意しておくことが必要である。したがって、従来のマルチエリアセンサ型Ｘ線検出器は、実質的にメンテナンスコストが高く、改善の余地が残されている。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エリアセンサが故障した場合でも画像形成を行うことを可能とし、メンテナンスコストを抑えることができるＸ線検出器、Ｘ線撮影システム、及び画像合成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のＸ線検出器は、入射Ｘ線に応答して発光面から光を発する蛍光板と、前記蛍光体の発光面を撮像するように２次元配列された複数のエリアセンサと、前記各エリアセンサの撮像領域が、前記発光面を前記エリアセンサごとに区分した１つの区分領域と、この区分領域から隣接する各区分領域の少なくとも中心位置まで重複する重複領域とからなる範囲を有するように、前記発光面の光を前記各エリアセンサの受光領域に導く光学系と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
なお、前記エリアセンサは、第１方向とこれに直交する第２方向に沿って正方格子状に配列されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記重複領域は、前記第１及び第２方向に隣接する区分領域の少なくとも５０％の領域に重複していることが好ましい。
【００１３】
また、前記区分領域からの光は、対応する前記エリアセンサの受光領域の中心を含む第１領域に入射し、前記重複領域からの光は、前記第１領域の周囲を取り囲む第２領域に入射することが好ましい。
【００１４】
また、本発明のＸ線撮影システムは、上記いずれかのＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器にＸ線を照射するＸ線源と、前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出する故障検出手段と、前記故障検出手段により検出された故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成する画像合成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
なお、前記エリアセンサの出力信号から前記光学系による光学歪みを除去する歪み補正手段を備えることが好ましい。
【００１６】
また、前記Ｘ線源に一様な強度のＸ線を前記Ｘ線検出器に照射させた状態で、前記画像合成手段により得られる合成画像にフィルタ処理を施すことにより、シェーディング補正用の補正データを作成する補正データ作成手段と、前記補正データ作成手段により作成された補正データに基づき、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被検体を配した状態で得られる前記合成画像にシェーディング補正を行うシェーディング補正手段と、を備えることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の画像合成方法は、上記いずれかのＸ線検出器の出力信号に基づく画像合成方法において、前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出し、故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エリアセンサが故障した場合でも画像形成を行うことが可能であり、メンテナンスコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＸ線撮影システムの構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線検出器の構成を示す図であり、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図３】エリアセンサの受光領域上に結像する画像の範囲を説明する斜視図である。
【図４】エリアセンサに接続された回路と画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】歪み補正処理を説明する図であり、（Ａ）は、歪み補正前の第１及び第２画像データ、（Ｂ）は、歪み補正後の第１及び第２画像データを示す。
【図６】故障判定処理を説明するフローチャートである。
【図７】エリアセンサの平均画素値を例示するグラフである。
【図８】画像合成時に一時的に作成する画像データを模式的に示す図である。
【図９】代替用画像データの生成方法を説明する図である。
【図１０】合成画像データを示す図である。
【図１１】Ｘ線撮影システムの作用を説明するフローチャートである。
【図１２】故障エリアセンサが複数でかつ隣接する場合の代替用画像データの作成方法を模式的に示す図である。
【図１３】代替用画像データを生成することができない故障エリアセンサの配列パターンを示す図である。
【図１４】撮像領域とそれに隣接する区分領域との重複率が５０％より大きい場合のＸ線検出器の構成を示す断面図である。
【図１５】重複率が５０％より大きい場合の第１〜第３接合画像データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１において、本発明のＸ線撮影システム１０は、天板Ｕに載置された患者（被検体）ＭにＸ線を照射するＸ線源１１と、被検体Ｍを透過したＸ線像を検出するＸ線検出器１２と、Ｘ線源１１の照射動作及びＸ線検出器１２の検出動作を制御する撮影制御部１３と、Ｘ線源１１による被検体ＭへのＸ線照射に伴ってＸ線検出器１２から出力される画像データに基づいて被検体Ｍの透過Ｘ線像に対応するＸ線画像を生成する画像処理部１４と、画像処理部１４により生成されたＸ線画像や、Ｘ線撮影に必要な操作メニュー等を画像表示モニタ１５に表示させる表示制御部１６とを備える。
【００２１】
また、Ｘ線撮影システム１０には、Ｘ線撮影の撮影条件の設定や、Ｘ線撮影の実行指示の入力を行なう操作部１７と、ＣＰＵと動作プログラムとにより構成された主制御部１８が設けられている。主制御部１８は、操作部１７による各種の指令入力に応じて各部を制御し、装置全体を適切に動作させる。
【００２２】
図２（Ａ）において、Ｘ線検出器１２は、シンチレータ（蛍光板）２０と、複数のレンズ２１がレンズ保持部材２２により保持されてなるレンズアレイ２３と、各レンズ２１に対応するように基板２４上に配置されたエリアセンサ２５とからなる。シンチレータ２０、レンズアレイ２３、及び基板２４は、この順に配置され、不図示の筐体により保持されている。
【００２３】
シンチレータ２０は、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）やヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等からなり、入射Ｘ線を約５５０ｎｍの波長の可視光に変換して射出する。レンズ２１は、シンチレータ２０から射出された可視光を集光してエリアセンサ２５の受光領域２６に入射させる。エリアセンサ２５は、モノクロのＣＣＤ型固体撮像素子からなり、入射した可視光を電気信号（撮像信号）に変換して出力する。
【００２４】
エリアセンサ２５は、図２（Ｂ）に示すように、基板２４の平面上の一方向（Ｘ方向）とこれに直交する方向（Ｙ方向）に沿って、所定のピッチＰで２次元正方格子状に配列されている。レンズ２１は、エリアセンサ２５の受光領域２６の中心位置に光軸が直交するように、エリアセンサ２５とシンチレータ２０との間に配置されている。
【００２５】
レンズ２１からエリアセンサ２５までの距離Ｌ１と、レンズ２１からシンチレータ２０の発光面２０ａまでの距離Ｌ２とは、シンチレータ２０の発光面２０ａから発せられる可視光像のうち、撮像領域ＩＡの可視光がエリアセンサ２５の受光領域２６に入射するように設定されている。
【００２６】
破線Ｂは、隣接するエリアセンサ２５の間の中間位置を示す仮想線である。この破線Ｂは、シンチレータ２０の発光面２０ａを、エリアセンサ２５ごとに均等に区分しており、エリアセンサ２５の数に対応した区分領域ＳＡが形成されている。各区分領域ＳＡは、正方形状である。
【００２７】
一方、各エリアセンサ２５が撮像する領域である前述の撮像領域ＩＡは、Ｘ方向及びＹ方向にピッチＰの２倍の長さを有する矩形領域であり、区分領域ＳＡの４倍の面積を有している。すなわち、撮像領域ＩＡは、それに対応するエリアセンサ２５の区分領域ＳＡに対してＸＹ方向及び斜め方向に隣接する各区分領域ＳＡの中心位置を境界とする領域である。図２（Ｂ）には、１つのエリアセンサ２５の撮像領域ＩＡのみを示している。撮像領域ＩＡ中に斜線のハッチングで示した領域ＯＡは、隣接するエリアセンサ２５の区分領域ＳＡに重複する重複領域である。
【００２８】
図３において、各エリアセンサ２５の受光領域２６は、シンチレータ２０の発光面２０ａのうちの該エリアセンサ２５に対応する区分領域ＳＡの可視光が入射する第１領域２６ａと、該区分領域ＳＡに隣接する他の区分領域ＳＡに重複する重複領域ＯＡの可視光が入射する第２領域２６ｂとに分けられる。
【００２９】
詳しくは後述するが、すべてのエリアセンサ２５が正常である正常時には、各エリアセンサ２５の第１領域２６ａに対応する画像データ（以下、第１画像データＤ１という）を繋ぎ合わせることにより、Ｘ線画像が生成される。一方の第２領域２６ｂに対応する画像データ（以下、第２画像データＤ２という）は、正常時には使用されないが、その第２領域２６ｂを含むエリアセンサ２５に隣接するエリアセンサ２５が故障した場合に、この故障したエリアセンサ２５の第１画像データＤ１を代替するための代替用画像データを作成するために用いられる。なお、エリアセンサ２５の故障には、エリアセンサ２５内の出力アンプの故障により撮像信号が異常値となる場合や、エリアセンサ２５と基板２４との実装不良により撮像信号が異常値となる場合などがある。
【００３０】
図４において、各エリアセンサ２５の出力端子には、エリアセンサ２５から出力される撮像信号からノイズを除去するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路３０と、ＣＤＳ回路３０から出力された撮像信号をデジタルの画像データに変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１から出力された１フレーム分の画像データを記憶するフレームメモリ３２とがそれぞれ接続されている。このフレームメモリ３２には、受光領域２６の第１領域２６ａに対応する第１画像データＤ１と、第２領域２６ｂに対応する第２画像データＤ２が記憶される。これらのＣＤＳ回路３０、Ａ／Ｄ変換器３１、及びフレームメモリ３２は、基板２４上に直接実装されるか、或いは、フレキシブル回路基板などを介して基板２４に接続されている。
【００３１】
画像処理部１４は、読み出し選択部３３、歪み補正部３４、故障判定部３５、画像合成部３６、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理部３７、補正データ記憶部３８、シェーディング補正部３９、及び画像メモリ４０によって構成されている。これらのうち、故障判定部３５及びＬＰＦ処理部３７は、Ｘ線撮影システム１０のキャリブレーション動作時に機能するものである。このキャリブレーション動作は、レンズ２１の集光により、エリアセンサ２５の受光領域２６の中心から周辺部に向けて生じる光量低下（すなわち、シェーディング）を補正するためのものである。
【００３２】
キャリブレーション動作は、操作部１７からの入力指示により主制御部１８の制御に基づいて行われるものであり、主制御部１８は、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２の全体に一様な一定強度のＸ線を照射させるとともに、Ｘ線検出器１２及び画像処理部１４を動作させる。なお、このキャリブレーション動作は、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２との間に被検体Ｍが配置されていない状態で行われる。
【００３３】
まず、キャリブレーション動作時の画像処理部１４の機能を説明する。読み出し選択部３３は、上記のように一様な強度のＸ線がＸ線検出器１２に照射された状態で、Ｘ線検出器１２により検出動作が行われた結果、各フレームメモリ３２に記憶された第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２をそれぞれ読み出して歪み補正部３４に入力する。
【００３４】
歪み補正部３４は、レンズ２１により生じる光学的な歪みを補正する。具体的には、歪み補正部３４は、予め格子状の画像を撮影することにより作成された歪み補正データを記憶しておき、歪みが生じた第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２（図５（Ａ）参照）に対して歪み補正を行うことで、歪みのない第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’（図５（Ｂ）参照）を生成する。このように歪みが除去された第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’は、故障判定部３５及び画像合成部３６に入力される。
【００３５】
故障判定部３５は、図６のフローチャートに示すように、まず、入力された第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’の画素値（各画素の輝度値）を対応するエリアセンサ２５ごとに積算して平均化することで、各エリアセンサ２５の平均画素値を算出する（ステップＳ１）。次いで、各エリアセンサ２５について、それと隣接するエリアセンサ２５との間の平均画素値の差分値（差の絶対値）を算出する（ステップＳ２）。このステップＳ２では、Ｘ方向及びＹ方向に隣接するエリアセンサ２５の間で該差分値を算出することが好ましい。
【００３６】
次いで、ステップＳ２で算出された差分値に、所定値より大きいものが存在するか否かを判定する（ステップＳ３）。所定値より大きい差分値が存在する場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、隣接する少なくとも２つのエリアセンサ２５との平均画素値の差分値が所定値より大きいエリアセンサ２５を故障と判定することにより、故障したエリアセンサ２５を特定する（ステップＳ４）。図７は、Ｘ方向またはＹ方向に並ぶエリアセンサ２５の平均画素値をプロットしたものであり、第３番目のエリアセンサ２５が、それに隣接する第２番目のエリアセンサ２５との平均画素値の差分値Δ２３と、第４番目のエリアセンサ２５との平均画素値の差分値Δ３４とのそれぞれが所定値より大きく、故障したエリアセンサ２５として特定される例を示している。
【００３７】
そして、故障判定部３５は、故障したエリアセンサ２５の位置情報を示す故障情報ＦＩを、読み出し選択部３３及び画像合成部３６に供給する（ステップＳ５）。一方、ステップＳ３において、所定値より大きい差分値が存在しない場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、故障したエリアセンサ２５が存在しないため、ステップＳ４をスキップしてステップＳ５に移行し、故障したエリアセンサ２５が存在しないこと（すなわち、すべて正常であること）を、故障情報ＦＩとして読み出し選択部３３及び画像合成部３６に供給する。
【００３８】
画像合成部３６は、歪み補正部３４から入力された各エリアセンサ２５に対応する第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’に基づき、Ｘ線検出器１２の全撮影領域を表す合成画像を生成する。図８は、画像合成部３６が合成画像を作成する第１段階として一時的に作成する画像データを模式的に示す（簡単化のため、５個×５個のエリアセンサ２５に対応する画像データを示している）。同図中の＃１〜＃２５は、各画像データに対応するエリアセンサ２５の位置を区別する番号である。
【００３９】
画像合成部３６は、まず、歪み補正部３４から入力された各エリアセンサ２５の第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’から、合成画像の作成に必要なデータを、故障判定部３５から供給された故障情報ＦＩに基づいて選別する。具体的には、画像合成部３６は、故障したエリアセンサ２５（＃１３のエリアセンサ）の第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’と、正常でかつ故障したエリアセンサ２５に隣接しないエリアセンサ２５（＃１〜＃５，＃６，＃１０，＃１１，＃１５，＃１６，＃２０，＃２１〜＃２５のエリアセンサ）の第２画像データＤ２’とを削除する。この結果、第２画像データＤ２’は、故障したエリアセンサ２５に隣接する周囲８個のエリアセンサ２５（＃７〜＃９，＃１２，＃１４，＃１７〜＃１９）に対応するもののみが残存する。同図中のａ〜ｈは、残存した第２画像データＤ２’のうち、故障したエリアセンサ２５の区分領域ＳＡに重複する領域を示している。
【００４０】
次いで、画像合成部３６は、図９に示すように、上記第２画像データＤ２’のうち、Ｘ方向に対向する領域ａ，ｂを接合して第１接合画像データＣ１を生成し、Ｙ方向に対向する領域ｃ，ｄを接合して第２接合画像データＣ２を生成し、斜め方向に対向する領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈを接合して第３接合画像データＣ３を生成する。そして、画像合成部３６は、これらの第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３を重ね合わせ、対応する画素値を加算して平均化することにより、代替用画像データＳを生成する。この平均化により、代替用画像データＳは、Ｓ／Ｎが高く、領域ａ〜ｈの接合部分が平滑化されて目立ち難くいものとなる。
【００４１】
さらに、画像合成部３６は、図１０に示すように、故障したエリアセンサ２５に対応する第１画像データＤ１’を代替用画像データＳで置き換え、この代替用画像データＳを、その他のエリアセンサ２５に対応する第１画像データＤ１’と接合することにより、合成画像データＴを作成する。
【００４２】
キャリブレーション動作時には、画像合成部３６により作成された合成画像データＴは、ＬＰＦ処理部３７に入力される。ＬＰＦ処理部３７は、入力された合成画像データＴに対して、移動平均処理等のＬＰＦ処理を行うことにより、レンズ２１のシェーディング特性を表す補正データを生成する。この補正データは、補正データ記憶部３８に記憶される。
【００４３】
次に、上記のキャリブレーション動作後に行われる撮影動作時の画像処理部１４の機能を説明する。この撮影動作は、操作部１７からの入力指示により主制御部１８の制御に基づいて行われるものであり、主制御部１８は、Ｘ線源１１に被検体Ｍの撮影条件に応じた強度のＸ線を発生させるとともに、Ｘ線検出器１２及び画像処理部１４を動作させる。Ｘ線検出器１２は、被検体Ｍを透過したＸ線を検出し、各エリアセンサ２５から出力される撮像信号が、各フレームメモリ３２に第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２として記憶される。
【００４４】
読み出し選択部３３は、故障判定部３５から供給された前述の故障情報ＦＩに基づき、故障したエリアセンサ２５に対応するフレームメモリ３２以外のフレームメモリ３２から第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２を読み出して歪み補正部３４に入力する。歪み補正部３４は、入力された第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２について、上記と同一の歪み補正処理を行うことにより、歪みが除去された第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’を生成する。撮影動作時には、この第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’は、画像合成部３６にのみ入力される。
【００４５】
画像合成部３６は、歪み補正部３４から入力された各エリアセンサ２５に対応する第１及び第２画像データＤ１’，Ｄ２’に基づき、上記と同一の画像合成処理を行うことにより、合成画像データＴを生成する。この合成画像データＴは、シェーディング補正部３９に入力される。シェーディング補正部３９は、入力され合成画像データＴから、補正データ記憶部３８に記憶された補正データを画素ごとに減算することにより、シェーディング補正を行う。このシェーディング補正後の合成画像データＴ’は、画像メモリ４０に記憶される。この合成画像データＴ’は、被検体Ｍの撮影領域のＸ線画像として、前述の表示制御部１６により画像表示モニタ１５に表示される。
【００４６】
次に、以上のように構成されたＸ線撮影システム１０の作用を図１１に示すフローチャートに沿って説明する。被検体ＭをＸ線源１１とＸ線検出器１２との間に配置しない状態で、技師により操作部１７からキャリブレーション動作の開始指示が入力されると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２に一様な一定強度のＸ線照射が行われ、Ｘ線検出器１２によりＸ線の検出動作が行われる（ステップＳ１２）。このＸ線検出動作によりＸ線検出器１２の各エリアセンサ２５から出力された撮像信号が、第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２に変換され、歪み補正が行われた後、故障判定部３５により、故障したエリアセンサ２５の検出が行われる（ステップＳ１３）。
【００４７】
次いで、故障判定部３５により検出されたエリアセンサ２５の故障情報ＦＩに基づき、画像合成部３６により前述の画像合成が行われ、ＬＰＦ処理部３７によりＬＰＦ処理が行われることにより、シェーディング特性を表す補正データが作成されて、補正データ記憶部３８に記憶される（ステップＳ１４）。
【００４８】
この後、技師により操作部１７から撮影条件等の設定が行われた後、撮影動作の開始指示が入力されると（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、Ｘ線源１１からＸ線検出器１２に撮影条件に応じた強度のＸ線照射が行われ、Ｘ線検出器１２によりＸ線の検出動作が行われる（ステップＳ１６）。このＸ線検出動作によりＸ線検出器１２の各エリアセンサ２５から出力された撮像信号が、第１及び第２画像データＤ１，Ｄ２に変換され、歪み補正が行われた後、故障情報ＦＩに基づいて画像合成部３６により前述の画像合成が行われ、合成画像データＴが生成される（ステップＳ１７）。
【００４９】
そして、補正データ記憶部３８に記憶された補正データに基づき、シェーディング補正部３９によりシェーディング補正が行われる（ステップＳ１８）。シェーディング補正が行われた合成画像データＴ’は、画像メモリ４０に記憶され、被検体Ｍの撮影領域のＸ線画像として、前述の表示制御部１６により画像表示モニタ１５に表示される（ステップＳ１９）。
【００５０】
同図のフローチャートは、キャリブレーション動作の後、１回の撮影動作が行われる例を示しているが、キャリブレーション動作は、撮影動作の前に必ず行われるものでなく、キャリブレーション動作後、撮影動作が連続して行われる場合がある。撮影動作が連続して行われた場合には、各撮影動作では、直近のキャリブレーション動作により取得された同一の補正データによりシェーディング補正が行われる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、図８に示したように、故障したエリアセンサ２５に隣接する周囲の８個のエリアセンサ２５の第２画像データＤ２’に含まれる領域ａ〜ｈを用いて、代替用画像データＳを作成しているため、故障したエリアセンサ２５が複数存在する場合であっても、それが点在している場合には、精度良く代替用画像データＳを生成することができるが、故障したエリアセンサ２５が隣接している場合には、一方の故障エリアセンサ２５の第２画像データＤ２’が、他方の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成に部分的に用いられることになるため、代替用画像データＳの精度が低下する。
【００５２】
そこで、故障エリアセンサ２５が隣接する場合には、図９で示したような第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３の平均化を行わずに、故障エリアセンサ２５の位置に応じて、第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３のいずれかを代替用画像データＳとして選択すればよい。例えば、図１２に示すように、＃８，＃１２，＃１３の３個の故障エリアセンサ２５が隣接する場合には、領域ａ，ｂを接合した第１接合画像データＣ１により＃８の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成し、領域ｃ，ｄを接合した第２接合画像データＣ２により＃１２の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成し、領域ｅ〜ｈを接合した第３接合画像データＣ３により＃１３の故障エリアセンサ２５の代替用画像データＳを生成すればよい。
【００５３】
しかしながら、故障エリアセンサ２５の配列パターンが、図１３（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかのパターン、または、それらの回転対称形若しくは線対称形を含む場合には、第１〜第３接合画像データＣ１〜Ｃ３で代替用画像データＳを生成することができない故障エリアセンサ２５が存在するため、この場合には、警告表示等により、ユーザに報知を行うことが好ましい。
【００５４】
また、上記実施形態では、図２（Ａ），（Ｂ）で示したように、各エリアセンサ２５の撮像領域ＩＡを、Ｘ方向及びＹ方向に隣接する区分領域ＳＡの５０％の位置まで重複させているが、この重複率を５０％より大きく、例えば、重複率を６０％程度とすることも好ましい。図１４は、上記重複率を６０％とするように、距離Ｌ１，Ｌ２を設定したＸ線検出器１２の構成を示す。
【００５５】
この場合には、図１５に示すように、第１接合画像データＣ１は、領域ａ，ｂをＸ方向に重複させて接合することにより生成され、第２接合画像データＣ２は、領域ｃ，ｄをＸ方向に重複させて接合することにより生成され、第３接合画像データＣ３は、領域ｅ〜ｆをＸＹ方向に重複させて接合することにより生成される。各重複部は、重複する画素値を平均化することによって画像化される。このように、重複部を設けることで、領域間の接合部が平滑化されるという利点がある。なお、上記重複部は、画素値の平均化以外に、境界部からの距離に応じて画素値を重み付け加算することや、各領域からランダムにいずれかの画素値を選択することによって画像化することも可能であり、これらの場合にも領域間の接合部が平滑化されるという効果が得られる。
【００５６】
また、上記実施形態では、レンズ２１の光学的特性を考慮して、歪み補正及びシェーディング補正を行っているが、レンズ２１の光学的性能が高く、歪みやシェーディングを無視することができる場合には、歪み補正及び／又はシェーディング補正を行わなくてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、隣接するエリアセンサ２５の平均画素値の差分値に基づいて故障したエリアセンサ２５を検出しているが、故障検出方法はこれに限られず、他の検出方法を用いてもよい。例えば、各エリアセンサ２５の平均画素値が、Ｘ線検出器１２に照射されるＸ線強度から推測される範囲内にあるか否かを判定することにより、故障したエリアセンサ２５を検出することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、エリアセンサ２５の受光領域２６の第１領域２６ａと第２領域２６ｂとの区分けを固定しているが、区分領域ＳＡの可視光が入射する領域に正確に対応するように、第１領域２６ａの位置及び形状を可変としてもよい。第１領域２６ａの位置及び形状は、例えば、格子状の被写体を撮影し、それが写し込まれる受光領域２６上の位置に基づいて決定する。
【００５９】
また、上記実施形態では、エリアセンサ２５とシンチレータ２０との間の光学系として、単一のレンズ２１を配置しているが、複数のレンズを組み合わせた光学系を配置してもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、エリアセンサ２５としてＣＣＤ型固体撮像素子を例示しているが、ＣＭＯＳセンサなどの他の固体撮像素子を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線源
１２ Ｘ線検出器
１４ 画像処理部
２０ シンチレータ
２０ａ 発光面
２１ レンズ
２２ レンズ保持部材
２３ レンズアレイ
２４ 基板
２５ エリアセンサ
２６ 受光領域
２６ａ 第１領域
２６ｂ 第２領域
３３ 読み出し選択部
３４ 歪み補正部
３５ 故障判定部
３６ 画像合成部
３７ ローパスフィルタ処理部
３８ 補正データ記憶部
３９ シェーディング補正部
ＦＩ 故障情報
ＩＡ 撮像領域
ＳＡ 区分領域
ＯＡ 重複領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射Ｘ線に応答して発光面から光を発する蛍光板と、
前記蛍光体の発光面を撮像するように２次元配列された複数のエリアセンサと、
前記各エリアセンサの撮像領域が、前記発光面を前記エリアセンサごとに区分した１つの区分領域と、この区分領域から隣接する各区分領域の少なくとも中心位置まで重複する重複領域とからなる範囲を有するように、前記発光面の光を前記各エリアセンサの受光領域に導く光学系と、
を備えたことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
前記エリアセンサは、第１方向とこれに直交する第２方向に沿って正方格子状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記重複領域は、前記第１及び第２方向に隣接する区分領域の少なくとも５０％の領域に重複していることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記区分領域からの光は、対応する前記エリアセンサの受光領域の中心を含む第１領域に入射し、前記重複領域からの光は、前記第１領域の周囲を取り囲む第２領域に入射することを特徴とする請求項３に記載のＸ線検出器。
【請求項５】
前記請求項１から４いずれかに記載のＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器にＸ線を照射するＸ線源と、
前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段により検出された故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とするＸ線撮影システム。
【請求項６】
前記エリアセンサの出力信号から前記光学系による光学歪みを除去する歪み補正手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮影システム。
【請求項７】
前記Ｘ線源に一様な強度のＸ線を前記Ｘ線検出器に照射させた状態で、前記画像合成手段により得られる合成画像にフィルタ処理を施すことにより、シェーディング補正用の補正データを作成する補正データ作成手段と、
前記補正データ作成手段により作成された補正データに基づき、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被検体を配した状態で得られる前記合成画像にシェーディング補正を行うシェーディング補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のＸ線撮影システム。
【請求項８】
前記請求項１から４いずれかに記載のＸ線検出器の出力信号に基づく画像合成方法において、
前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出し、
故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、
この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成する
ことを特徴とする画像合成方法。
【請求項１】
入射Ｘ線に応答して発光面から光を発する蛍光板と、
前記蛍光体の発光面を撮像するように２次元配列された複数のエリアセンサと、
前記各エリアセンサの撮像領域が、前記発光面を前記エリアセンサごとに区分した１つの区分領域と、この区分領域から隣接する各区分領域の少なくとも中心位置まで重複する重複領域とからなる範囲を有するように、前記発光面の光を前記各エリアセンサの受光領域に導く光学系と、
を備えたことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
前記エリアセンサは、第１方向とこれに直交する第２方向に沿って正方格子状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記重複領域は、前記第１及び第２方向に隣接する区分領域の少なくとも５０％の領域に重複していることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記区分領域からの光は、対応する前記エリアセンサの受光領域の中心を含む第１領域に入射し、前記重複領域からの光は、前記第１領域の周囲を取り囲む第２領域に入射することを特徴とする請求項３に記載のＸ線検出器。
【請求項５】
前記請求項１から４いずれかに記載のＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器にＸ線を照射するＸ線源と、
前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出する故障検出手段と、
前記故障検出手段により検出された故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成する画像合成手段と、
を備えることを特徴とするＸ線撮影システム。
【請求項６】
前記エリアセンサの出力信号から前記光学系による光学歪みを除去する歪み補正手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮影システム。
【請求項７】
前記Ｘ線源に一様な強度のＸ線を前記Ｘ線検出器に照射させた状態で、前記画像合成手段により得られる合成画像にフィルタ処理を施すことにより、シェーディング補正用の補正データを作成する補正データ作成手段と、
前記補正データ作成手段により作成された補正データに基づき、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被検体を配した状態で得られる前記合成画像にシェーディング補正を行うシェーディング補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のＸ線撮影システム。
【請求項８】
前記請求項１から４いずれかに記載のＸ線検出器の出力信号に基づく画像合成方法において、
前記各エリアセンサの出力信号に基づいて故障したエリアセンサを検出し、
故障したエリアセンサに隣接する少なくとも２つのエリアセンサの出力信号を用いて、前記故障したエリアセンサの出力信号を代替する代替信号を生成し、
この代替信号と、正常なエリアセンサの出力信号とを合成して合成画像を生成する
ことを特徴とする画像合成方法。
【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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−６７５０８（Ｐ２０１１−６７５０８Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２３５０（Ｐ２００９−２２２３５０）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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