(57)【要約】【課題】放射線エネルギの異なる複数の放射線画像の空間周波数の差異を低減することで、これら複数の放射線画像を用いて生成される画像の画質を向上する。【解決手段】画像処理装置は、異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、前記複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更部と、該変更後の前記複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理部と、を備える。変更部は、複数の放射線エネルギのうちの１つの放射線エネルギについて計測された空間周波数特性に、複数の放射線エネルギのうちの他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性を近づけるようにあらかじめ設定された処理を、他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、前記複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更手段と、
該変更後の前記複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理手段と、を備え、
前記変更手段は、前記複数の放射線エネルギのうちの１つの放射線エネルギについて計測された空間周波数特性に、前記複数の放射線エネルギのうちの他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性を近づけるようにあらかじめ設定された処理を、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記１つの放射線エネルギにより得られた放射線画像の空間周波数特性に関して設定されたマージンの範囲に、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像の空間周波数特性が入るように、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像を処理することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記１つの放射線エネルギは、前記複数の放射線エネルギのうちの最も低い放射線エネルギであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記変更手段は、前記最も低い放射線エネルギについてあらかじめ計測された第１の空間周波数特性に、前記他の放射線エネルギについてあらかじめ計測した空間周波数特性を近似させるように設定された処理を、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記変更手段における前記処理は、前記他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性と前記第１の空間周波数特性との差が各周波数で±０．０５以内になるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記変更手段における前記処理は、所定の空間周波数より高い領域において、前記他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性と前記第１の空間周波数特性との差が−０．２以内になるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記１つの放射線エネルギは、前記複数の放射線エネルギのうちの最も高い放射線エネルギであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記変更手段は、前記最も高い放射線エネルギについてあらかじめ計測された第１の空間周波数特性に、前記他の放射線エネルギについてあらかじめ計測された空間周波数特性を近似させるように設定された処理を、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記変更手段における前記処理は、前記他の放射線エネルギで得られた画像の空間周波数特性と前記第１の空間周波数特性との差が各周波数で±０．０５以内になるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、前記複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更手段と、
該変更後の前記複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理手段と、を備え、
前記変更手段は、前記複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像のそれぞれの空間周波数特性が、あらかじめ設定された空間周波数特性に近づくように、前記複数の放射線画像を処理することを特徴とする画像処理装置。
【請求項１１】
前記変更手段は、前記複数の放射線エネルギのそれぞれについてあらかじめ計測した空間周波数特性を、前記あらかじめ設定された空間周波数特性に近似させる処理を設定し、前記設定された処理を前記複数の放射線画像に適用することを特徴とする請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記あらかじめ設定された空間周波数特性は、前記複数の放射線エネルギのうち最も低い放射線エネルギについて計測された空間周波数特性が閾値以下になる空間周波数において０となり、当該空間周波数よりも低い周波数の領域において、空間周波数特性がなだらかに０から１へ変化するように設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記あらかじめ設定された空間周波数特性は、前記複数の放射線エネルギのうち最も高い放射線エネルギについて計測された空間周波数特性が閾値以下になる空間周波数において０となり、当該空間周波数よりも低い周波数の領域において、空間周波数特性がなだらかに０から１へ変化するように設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記変更手段は、放射線画像にフィルタを適用する処理により空間周波数特性を変更することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１５】
異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、前記複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更工程と、
該変更後の前記複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理工程と、を備え、
前記変更工程では、前記複数の放射線エネルギのうちの１つの放射線エネルギについて計測された空間周波数特性に、前記複数の放射線エネルギのうちの他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性を近づけるようにあらかじめ設定された処理を、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１６】
異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、前記複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更工程と、
該変更後の前記複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理工程と、を備え、
前記変更工程では、前記複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像のそれぞれの空間周波数特性が、あらかじめ設定された空間周波数特性に近づくように、前記複数の放射線画像を処理することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１７】
コンピュータを、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像を処理するための画像処理装置、画像処理方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療画像診断や非破壊検査に放射線撮像装置が広く利用されている。放射線撮像装置を用いて、エネルギ成分が異なる放射線により複数の放射線画像を取得し、これら複数の放射線画像の差分から、特定の被写体部分を分離又は強調したエネルギサブトラクション画像を取得する方法が知られている。
【０００３】
エネルギサブトラクション画像の取得には、同一の部位について放射線エネルギの異なる複数の放射線画像が必要である。特許文献１には、光透過性を有する基板の両面にシンチレータを配し、一方の側のシンチレータが発する光を検出するフォトダイオードと他方の側のシンチレータが発する光を検出するフォトダイオードとを配することが示されている。互いに異なるシンチレータが発する光を検出するフォトダイオードによって、１回の放射線の照射で２つの異なるエネルギ成分の信号が取得され、エネルギサブトラクション画像が生成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５６３９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２７０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の場合、放射線入射面側に配置されたシンチレータにより放射線を波長変換して得られる蛍光を検出する第１のセンサ部は、通常のフラットパネルディテクタと同様の構造となるため、良好な空間分解能を持つことが可能である。一方、放射線入射面側に配置されたシンチレータから得られる蛍光を検出する第２のセンサ部は、厚みを持った光透過性の基板を経て到達した放射線を波長変換して得られる蛍光を検出することになる。そのため、第２のセンサ部では、光透過性の基板により散乱した蛍光を検出することになり、分解能が低下する。結果、第１のセンサ部で取得された画像と第２のセンサ部で取得された画像とでは空間分解能が異なる。これら空間周波数の異なる画像を使用してエネルギサブトラクション画像やスペクトラルイメージング画像を生成すると、特に空間周波数の高周波成分を含む領域で計算に齟齬が生じ、実際の構造と異なる結果となる。
【０００６】
本発明は、放射線エネルギの異なる複数の放射線画像の空間周波数の差異を低減することで、これら複数の放射線画像を用いて生成される画像の画質を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による放射線画像処理装置は以下の構成を備える。すなわち、
異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、前記複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更手段と、
該変更後の前記複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理手段と、を備え、
前記変更手段は、前記複数の放射線エネルギのうちの１つの放射線エネルギについて計測された空間周波数特性に、前記複数の放射線エネルギのうちの他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性を近づけるようにあらかじめ設定された処理を、前記他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放射線エネルギの異なる複数の放射線画像の空間周波数の差異を低減することで、これら複数の放射線画像を用いて生成される画像の画質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの構成例を示す図。
【図２】放射線撮像装置の撮像パネルの構成例を示す図。
【図３】放射線撮像装置の画素の断面の構造例を示す図。
【図４】放射線撮像装置の画素の配置例を示す図。
【図５】放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。
【図６】放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。
【図７】放射線撮像装置の動作フローを示す図。
【図８】放射線撮像装置の画素補間の例を示す図。
【図９】低エネルギ画像と高エネルギ画像の空間周波数特性を示す図。
【図１０】第１実施形態による空間周波数特性の変更方法の例を説明する図。
【図１１】第２実施形態による空間周波数特性の変更方法の例を説明する図。
【図１２】第３実施形態による空間周波数特性の変更方法の例を説明する図。
【図１３】第３実施形態による空間周波数特性の変更方法の他の例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【００１１】
以下の各実施形態では、一度の撮像で同一部位のエネルギの異なる放射線の画像を撮像する放射線撮像装置を用いた例を説明する。そのような放射線撮像装置として、上述した特許文献１に記載された構成のほか、例えば、特許文献２に記載された放射線撮像装置の構成を用いることができるが、以下の各実施形態では、これらとは異なる新たな構成の放射線撮像装置が用いられる。これらの放射線撮像装置は、一度の放射線照射により異なる放射線エネルギの画像を得るために、放射線を検出するための２つ以上の検出層を含む構造を有している。例えば、放射線照射側の第１の検出層と、第１の検出層よりも後方の第２の検出層とが設けられた構造が用いられる。この場合、第２の検出層では第１の検出層を通過した放射線を検出するため、第１の検出層で検出される放射線の画像と第２の検出層で検出される放射線の画像とでは空間周波数特性が異なる。以下の実施形態では、このような空間周波数特性の違いを低減することにより、異なる複数の放射線エネルギの放射線画像を用いて生成される画像（エネルギサブトラクション画像、スペクトラルイメージング画像など）の画質を向上する。
【００１２】
なお、上述の放射線撮像装置において一度の撮像で取得される複数の放射線画像の空間周波数特性を変化させる更なる要因の例としては以下があげられる。例えば、夫々の検出層で検出される放射線のエネルギ差を大きくするための放射線吸収物質を２つの検出層の間に設置した場合、そのような放射線吸収物質はこれら2つの検出層で得られる放射線画像の空間周波数特性を変化させる。同様に、各検出層に配置されるシンチレータ（蛍光体層）の材質、厚みなどが変われば、得られる放射線画像の空間周波数特性は変化する。さらに、検出層ごとに配列間隔の異なる画素アレイを用いた場合、変換素子の受光面の大きさまたは形状が異なる場合、などでも得られる放射線画像の空間周波数特性が変化する。また放射線のエネルギ差だけでなく、画像のノイズ特性の差によっても放射線画像の空間周波数特性は変化する。実施形態では、これらの要因により生じた空間周波数特性の差を低減する。
【００１３】
また、以下の実施形態では、放射線エネルギの異なる複数の放射線画像を一度の撮像で取得する放射線撮像装置を用いて説明するが、本発明はそのような放射線撮像装置を用いた構成に限られるものではない。例えば、一つもしくは複数の放射線撮像装置を用いて、同一被写体を時間や角度を変更して撮像するような手法が用いられてもよい。すなわち、本発明は、エネルギの異なる複数の放射線を用いてコントラストの異なる複数の放射線画像を収集し、エネルギサブトラクションやスペクトラルイメージングの計算を行う構成であれば、放射線撮像装置の構造および手技は何等限定されない。
【００１４】
また、以下の実施形態では、放射線を電荷に変換する際にシンチレータを用いる間接型の撮像パネルを用いているが、これに限られるものではなく、直接放射線を電荷に変換する直接型や、またはその組み合わせであってもよい。さらに、同一の放射線撮像装置に照射する放射線のエネルギを短時間に変更して撮像する構成であってもよい。
【００１５】
また、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１〜８を参照して、第１実施形態による放射線撮像装置の構成および動作について説明する。図１は、第１実施形態における放射線撮像装置２１０を用いた放射線撮像システム２００の構成例を示す図である。放射線撮像システム２００は、放射線から変換される光学像を電気的に撮像し、放射線画像を生成するための電気的な信号（放射線画像データ）を得るように構成される。放射線撮像システム２００は、例えば、放射線撮像装置２１０、放射線源２３０、曝射制御部２２０およびコンピュータ２４０を含む。
【００１７】
放射線源２３０は、曝射制御部２２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源２３０から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置２１０に照射される。放射線源２３０はまた、曝射制御部２２０からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。
【００１８】
放射線撮像装置２１０は、撮像パネル２１２と、撮像パネル２１２を制御する制御部２１４とを含む。制御部２１４は、撮像パネル２１２から得られる信号に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。停止信号は、曝射制御部２２０に供給され、曝射制御部２２０は、停止信号に応答して、放射線源２３０に対して停止指令を送る。制御部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。
【００１９】
コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０および曝射制御部２２０を制御する。また、コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０から出力される放射線画像データを受信し、放射線画像データを処理する画像処理部２４１を含む。画像処理部２４１は、放射線画像データから放射線画像を生成しうる。
【００２０】
曝射制御部２２０は、一例として曝射スイッチ（不図示）を有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源２３０に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ２４０に送る。該開始通知を受けたコンピュータ２４０は、該開始通知に応答して、放射線の放射の開始を放射線撮像装置２１０の制御部２１４に通知する。
【００２１】
図２には、撮像パネル２１２の構成例が示される。撮像パネル２１２は、画素アレイ１１２を備える。画素アレイ１１２は、放射線を検出するための２次元アレイ状に配された変換素子Ｓをそれぞれ含む複数の画素ＰＩＸを備える。また、画素アレイ１１２は、変換素子Ｓで生成された信号を出力するための列方向（図２の縦方向）に沿った複数の列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４を有する。さらに、撮像パネル２１２は、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路（行選択回路）１１４、および、画素アレイ１１２の列信号線Ｓｉｇに現れる信号を検出するための読出回路１１３を備える。図２に示す構成では、記載の簡単化のために、画素アレイ１１２は、４行×４列の画素ＰＩＸで構成されているが、実際には、より多くの画素ＰＩＸが配列されうる。一例において、撮像パネル２１２は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素ＰＩＸを有しうる。
【００２２】
それぞれの画素ＰＩＸは、放射線を検出するための変換素子Ｓと、変換素子Ｓと列信号線Ｓｉｇ（複数の信号線Ｓｉｇのうち変換素子Ｃに対応する信号線Ｓｉｇ）とを接続するスイッチＴとを含む。それぞれの変換素子Ｓは、入射した放射線の量に対応する信号を列信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｓは、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＭＩＳ型フォトダイオードであってもよい。また、変換素子Ｓは、ＰＩＮ型フォトダイオードであってもよい。本実施形態において、変換素子Ｓは、放射線をシンチレータで光に変換した後に、光を検出する間接型の素子として構成されうる。間接型の素子において、シンチレータは、複数の画素ＰＩＸ（複数の変換素子Ｓ）によって共有されうる。
【００２３】
スイッチＴは、例えば、制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタによって構成されうる。変換素子Ｓは、２つの主電極を有し、変換素子Ｓの一方の主電極は、スイッチＴの２つの主端子のうちの一方に接続され、変換素子Ｓの他方の主電極は、共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス電源１０３に接続されている。バイアス電源１０３は、バイアス電圧Ｖｓを供給する。第１行に配されるそれぞれの画素ＰＩＸのスイッチＴの制御端子は、行方向（図２の横方向）に沿って配されたゲート線Ｖｇ１に接続される。同様に、第２〜４行に配されるそれぞれの画素ＰＩＸのスイッチＳＷの制御端子は、それぞれゲート線Ｖｇ２〜Ｖｇ４に接続される。ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４には、駆動回路１１４によってゲート信号が供給される。
【００２４】
第１列に配されるそれぞれの画素ＰＩＸは、スイッチＴの変換素子Ｓと接続されない側の主端子が、第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続される。同様に、第２〜４列に配されるそれぞれの画素ＰＩＸは、スイッチＴの変換素子Ｓと接続されない側の主端子が、それぞれ第２〜４列の列信号線Ｓｉｇ２〜Ｓｉｇ４に接続される。
【００２５】
読出回路１１３は、１つの列信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように複数の列増幅部ＣＡを有する。それぞれの列増幅部ＣＡは、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７、バッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、列信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、演算増幅器と、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。リセットスイッチをオンさせることによって積分容量がリセットされるとともに、列信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。リセットスイッチは、制御部２１４から供給されるリセットパルスＲＣによって制御されうる。
【００２６】
可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５から出力された信号を設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変増幅器１０４から出力された信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７は、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７から出力された信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。サンプリングスイッチは、制御部２１４から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。
【００２７】
また、読出回路１１３は、それぞれの列信号線Ｓｉｇに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含む。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含む。シフトレジスタは、制御部２１４から供給されるクロック信号ＣＬＫに従ってシフト動作を行い、シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。読出回路１１３は、さらに、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリング（インピーダンス変換）するバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ２４０に転送される。
【００２８】
本実施形態において、後述するように、基板の放射線を入射させるための入射面の側と、入射面とは反対の側の裏面と、の両方に、放射線を可視光に変換するシンチレータが、それぞれの面を覆うように配される。また、それぞれの画素ＰＩＸに含まれる変換素子Ｓは、２種類の変換素子Ｓを含む。図２に示す構成において、変換素子Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ４１、Ｓ４３は、２つのシンチレータからの光を受光するように配される。以下において、変換素子Ｓのうち２つのシンチレータからの光を受光するこれらの変換素子を特定する場合、第１の変換素子９０１と呼ぶ。また、変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ２２、Ｓ２４、Ｓ３１、Ｓ３３、Ｓ４２、Ｓ４４には、一方のシンチレータと当該変換素子Ｓのそれぞれとの間に遮光層９０３が配される。これによって、変換素子Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ２２、Ｓ２４、Ｓ３１、Ｓ３３、Ｓ４２、Ｓ４４は、一方のシンチレータからの光が遮断され、他方のシンチレータからの光を受光するように配される。これらの変換素子Ｓを、以下において、変換素子Ｓのうち片方のシンチレータからの光が遮断されるこれらの変換素子を特定する場合、第２の変換素子９０２と呼ぶ。遮光層９０３は、シンチレータで発光した光を遮る層であり、基板の入射面の側または裏面の側を覆うシンチレータの何れか一方と、第２の変換素子９０２との間を遮光すればよい。このとき、第２の変換素子９０２において、一方のシンチレータからの光が完全に遮断されなくてもよい。第１の変換素子９０１よりも一方のシンチレータから受光できる光の量が少なくなるように、基板の入射面の側または裏面の側を覆うシンチレータの何れか一方と、第２の変換素子９０２との間に遮光層９０３が配されればよい。
【００２９】
ここでは、基板の入射面の側に配されたシンチレータと第２の変換素子９０２との間に遮光層９０３が配されるとする。基板の入射面の側から入射した放射線のうち、エネルギの低い成分は、基板の入射面の側を覆うシンチレータで吸収され、可視光に変換されて、それぞれの画素ＰＩＸに入射する。第２の変換素子９０２は、基板の入射面の側が遮光されているため、基板の入射面の側で発光した光が入射しない。そのため、放射線のエネルギの低い成分から変換された光は、第２の変換素子９０２に入射しない。一方、第１の変換素子９０１は、遮光層９０３が配されないため、放射線のエネルギの低い成分から変換された光が入射する。
【００３０】
また、放射線のうち、基板の入射面の側に配されたシンチレータで吸収されなかったエネルギの高い成分は、基板の裏面の側を覆うシンチレータで吸収され、可視光に変換される。第１の変換素子９０１および第２の変換素子９０２において、基板の裏面の側は遮光されていないため、放射線のうちエネルギが高い成分から変換された光は、第１の変換素子９０１、第２の変換素子９０２の両方に入射する。
【００３１】
このように、第１の変換素子９０１において、放射線のうちエネルギの高い成分およびエネルギの低い成分に起因する信号、第２の変換素子９０２において、放射線のうちエネルギの高い成分に起因する信号が、それぞれ取得できる。つまり、互いに隣接する画素ＰＩＸで、異なる放射線エネルギの情報を保持することができる。このように隣接する画素ＰＩＸで、異なるエネルギ成分の放射線から取得される情報を保持することによって、後述する方法を用いてエネルギサブトラクションを行うことができる。
【００３２】
図３は、第１の変換素子９０１を有する画素ＰＩＸＡと第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸＢおよび画素ＰＩＸＣとの断面構造の一例が模式的に示される。ここでは、図面の上側から放射線を入射させるとして説明するが、図面の下側から放射線を入射させてもよい。図３（ａ）において、第１の変換素子９０１および第２の変換素子９０２が基板３１０と基板３１０の入射面の側に配されたシンチレータ９０４との間に配される。さらに、図３（ａ）では、画素ＰＩＸＢにおいて、遮光層９０３が、第２の変換素子９０２とシンチレータ９０４との間に配される場合を示す。また、図３（ｂ）は、第１の変換素子９０１および第２の変換素子９０２が基板３１０と基板３１０の入射面の側を覆うシンチレータ９０４との間に配されることは図３（ａ）と同じである。一方、図３（ｂ）の構成において、画素ＰＩＸＣにおいて、遮光層９０３が、第２の変換素子９０２と基板３１０の入射面とは反対の裏面の側に配されたシンチレータ９０５との間に配される場合を示す。
【００３３】
それぞれの画素ＰＩＸの変換素子Ｓは、シンチレータ９０４、９０５で発光した光を透過するガラス基板などの絶縁性を有する基板３１０の上に配される。それぞれ画素ＰＩＸは、基板３１０の上に、導電層３１１、絶縁層３１２、半導体層３１３、不純物半導体層３１４および導電層３１５を、この順番で含む。導電層３１１は、スイッチＴを構成するトランジスタ（例えばＴＦＴ）のゲート電極を構成する。絶縁層３１２は、導電層３１１を覆うように配置され、半導体層３１３は、絶縁層３１２を介して導電層３１１のうちゲート電極を構成する部分の上に配されている。不純物半導体層３１４は、スイッチＴを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）を構成するように半導体層３１３の上に配されている。導電層３１５は、スイッチＴを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）にそれぞれ接続された配線パターンを構成している。導電層３１５の一部は、列信号線Ｓｉｇを構成し、他の一部は、変換素子ＳとスイッチＴとを接続するための配線パターンを構成する。
【００３４】
それぞれの画素ＰＩＸは、さらに、絶縁層３１２および導電層３１５を覆う層間絶縁膜３１６を含む。層間絶縁膜３１６には、導電層３１５のうちスイッチＴを構成する部分と接続するためのコンタクトプラグ３１７が設けられている。また、それぞれの画素ＰＩＸは、層間絶縁膜３１６の上に配された変換素子Ｓを含む。図３に示される例では、変換素子Ｓは、シンチレータ９０４、９０５で放射線から変換された光を電気信号に変換する間接型の変換素子として構成されている。変換素子Ｓは、層間絶縁膜３１６の上に積層された導電層３１８、絶縁層３１９、半導体層３２０、不純物半導体層３２１、導電層３２２、電極層３２５を含む。変換素子Ｓの上には、保護層３２３および接着層３２４が配される。シンチレータ９０４は、接着層３２４の上に、基板３１０の入射面の側を覆うように配される。また、シンチレータ９０５は、基板３１０の入射面とは反対の裏面の側を覆うように配される。
【００３５】
導電層３１８は、それぞれ変換素子Ｓの下部電極を構成する。また、導電層３２２および電極層３２５は、それぞれの変換素子Ｓの上部電極を構成する。導電層３１８、絶縁層３１９、半導体層３２０、不純物半導体層３２１、および、導電層３２２は、変換素子ＳとしてＭＩＳ型センサを構成している。例えば、不純物半導体層３２１は、ｎ型の不純物半導体層で形成される。
【００３６】
シンチレータ９０４、９０５は、ＧＯＳ（酸硫化ガドリニウム）やＣｓＩ（ヨウ化セシウム）などの材料を用いて構成されうる。これらの材料は、貼り合わせや印刷、蒸着などによって形成されうる。シンチレータ９０４とシンチレータ９０５とは、同じ材料を用いてもよいし、取得する放射線のエネルギに応じて異なる材料を用いてもよい。
【００３７】
本実施形態において、変換素子Ｓは、ＭＩＳ型のセンサを用いる例を示しているが、これに限定されることはない。変換素子Ｓは、例えば、ｐｎ型やＰＩＮ型のフォトダイオードであってもよい。
【００３８】
次いで、第２の変換素子９０２に配される、シンチレータ９０４またはシンチレータ９０５から入射する光を遮断するための遮光層９０３の配置について説明する。図３（ａ）に示す構成において、画素ＰＩＸＢの第２の変換素子９０２は、基板３１０の入射面の側からシンチレータ９０４に向かって下部電極を構成する導電層３１８と半導体層３２０と上部電極を構成する導電層３２２とをこの順番で含む。この上部電極を構成する導電層３２２が、遮光層９０３として機能する。具体的には、導電層３２２をＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなど、シンチレータ９０４で発せられる光に対して不透明な材料で形成することによって、導電層３２２が遮光層９０３として機能する。つまり、画素ＰＩＸＢの第２の変換素子９０２は、第１の変換素子９０１よりもシンチレータ９０４から受光できる光の量が少なくなるように、シンチレータ９０４と第２の変換素子９０２との間に遮光層９０３が配される。また、画素ＰＩＸＢの第２の変換素子９０２は、画素ＰＩＸＡの第１の変換素子９０１と同様に、シンチレータ９０５からの光を受光するように配される。また、図３（ｂ）に示す構成において、画素ＰＩＸＣの第２の変換素子９０２は、基板３１０の入射面の側からシンチレータ９０４に向かって下部電極を構成する導電層３１８と半導体層３２０と上部電極を構成する導電層３２２、電極層３２５とをこの順番で含む。この下部電極を構成する導電層３１８が、遮光層９０３として機能する。具体的には、導電層３１８をＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなど、シンチレータ９０５で発せられる光に対して不透明な材料で形成することによって、導電層３２２が遮光層９０３として機能する。つまり、画素ＰＩＸＣの第２の変換素子９０２は、第１の変換素子９０１よりもシンチレータ９０５から受光できる光の量が少なくなるように、シンチレータ９０５と第２の変換素子９０２との間に遮光層９０３が配される。また、画素ＰＩＸＣの第２の変換素子９０２は、画素ＰＩＸＡの第１の変換素子９０１と同様に、シンチレータ９０４からの光を受光するように配される。
【００３９】
一方、画素ＰＩＸＡの第１の変換素子９０１において、導電層３１８および電極層３２５には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）など、シンチレータ９０４で発せられる光に対して透明な材料が用いられる。これによって、隣接する画素ＰＩＸＡと画素ＰＩＸＢまたは画素ＰＩＸＣとの間でエネルギ成分の異なる信号を取得することができる。
【００４０】
また、本実施形態において、画素ＰＩＸＢの導電層３２２および画素ＰＩＸＣの導電層３１８を単層構造とする例を示したが、これに限られることはない。例えば、画素ＰＩＸＢの導電層３２２および画素ＰＩＸＣの導電層３１８において、透明な材料と不透明な材料とを積層させてもよく、その場合、不透明な材料の面積で遮光量が決定する。また、本実施形態において、画素ＰＩＸＢの導電層３２２および画素ＰＩＸＣの導電層３１８を遮光層９０３として機能させたが、遮光層９０３の配置はこれに限られることはない。例えば、画素ＰＩＸＢにおいて、保護層３２３の中にシンチレータ９０４から入射する光に対し、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなどを用いた専用の遮光層９０３を配してもよい。この場合、遮光層９０３の電位を一定の電位に固定して用いてもよい。
【００４１】
また、図３（ｂ）に示す画素ＰＩＸＣのように、シンチレータ９０５からの光を遮断する場合、シンチレータ９０５からの光を受光する画素ＰＩＸＡのスイッチＴや列信号線Ｓｉｇの位置を画素ＰＩＸＣの側に寄せて配してもよい。このような配置にすることによって、画素ＰＩＸＡにおいて、第１の変換素子９０１のシンチレータ９０５に対する開口率を上げることができる。
【００４２】
また、遮光層９０３は、上述のようにシンチレータ９０４またはシンチレータ９０５から第２の変換素子９０２への光を完全に遮光する必要はない。隣接する画素ＰＩＸＡと、画素ＰＩＸＢまたは画素ＰＩＸＣと、の間で、遮光層９０３が配される側のシンチレータ９０４またはシンチレータ９０５からの受光する量が異なるようにすれば、エネルギサブトラクションは可能である。このような場合、画素ＰＩＸＡの第１の変換素子９０１が受光する光に対して何％の光が、画素ＰＩＸＢまたは画素ＰＩＸＣの第２の変換素子９０２に入射するかを事前に調べておき、第１の変換素子９０１の出力を基準に差分処理をすることによって補正できる。
【００４３】
図３に示されるように、基板３１０の入射面に対する正射影において、列信号線Ｓｉｇのそれぞれが、画素ＰＩＸの一部と重なるように配される。このような構成は、それぞれの画素ＰＩＸの変換素子Ｓの面積を大きくする点において有利であるが、一方、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｓとの間の容量結合が大きくなるという点で不利である。変換素子Ｓに放射線が入射し、変換素子Ｓに電荷が蓄積されて下部電極である導電層３１８の電位が変化すると、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｓとの間の容量結合によって列信号線Ｓｉｇの電位が変化するクロストークが発生してしまう。図４（ａ）、（ｂ）は、このクロストークへの対応方法を示している。複数の変換素子Ｓのうち列方向と交差する行方向に並ぶ変換素子Ｓにおいて、含まれる遮光層９０３が配される第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの数が、行ごとに同じになるように配置する。また、複数の変換素子Ｓのうち列方向に並ぶ変換素子Ｓにおいて、含まれる複数の第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの数が、列ごとに同じになるように配置する。このように配置することによって、行、列単位でのクロストークによるアーチファクトの発生が抑制できる。
【００４４】
また、放射線撮像装置２１０が、放射線の照射開始を自動で検知する機能を有していてもよい。この場合、例えば、ゲート線ＶｇをスイッチＴがオン／オフするように動作させ、当該変換素子Ｓからの信号を読み出し、出力信号から放射線照射の有無を判定する。遮光層９０３を備える第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの数が行ごとに異なる場合、行ごとに出力される信号量が変わり、検知精度がばらついてしまう。そのため、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、複数の変換素子Ｓのうち列方向と交差する行方向に並ぶ変換素子Ｓにおいて、含まれる遮光層９０３が配される第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの数が、行ごとに同じになるように配置する。このような配置をすることによって、放射線の照射開始を自動で検知する検知精度が安定する。
【００４５】
また、図４（ｂ）の画素ＰＩＸの配置例は、図４（ａ）の画素ＰＩＸの配置例に比べて、第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの密度を減らしている。シンチレータ９０５からの光は、基板３１０を介して変換素子Ｓに入射するため、基板３１０の厚さによって光が拡散し、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が低下してしまう。このため、第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの密度を減らしても実質的に解像力の低下が起こらない。つまり、第２の変換素子９０２が、２つのシンチレータのうち基板３１０を介して対向するシンチレータ９０５が発する光を受光する場合、第１の変換素子９０１を備える画素ＰＩＸの数よりも、第２の変換素子９０２を備える画素ＰＩＸの数の方が少なくてもよい。
【００４６】
また、シンチレータ９０５からの基板３１０を介した光の拡散を抑制しＭＴＦの低下を低減するために、機械研磨や化学研磨によって、基板３１０の厚さを薄くしてもよい。また、ＭＴＦの低下を低減するために、図３に示すように、シンチレータ９０５と基板３１０との間に、シンチレータで発せられた光に指向性を付与するルーバー層やマイクロレンズなどの散乱防止層３２６を設けてもよい。また、ＭＴＦの低下を低減するために、コンピュータ２４０の画像処理部２４１における画像処理で、鮮鋭化処理によって解像力を上げてもよい。また、シンチレータ９０４からの光による低エネルギ成分と、シンチレータ９０５からの光による高エネルギ成分とのＭＴＦを合わせる方法として、解像力を上げる以外にも、解像力の高い方を低い方に合わせてＭＴＦを低下させる。その後、エネルギサブトラクション処理を行ってもよい。
【００４７】
次いで、図５を参照しながら放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作を説明する。ここでは、図２に示される、それぞれ変換素子Ｓを備える４行４列の画素ＰＩＸを含む撮像パネル２１２を有する放射線撮像装置２１０の動作を例に説明する。放射線撮像システム２００の動作は、コンピュータ２４０によって制御される。放射線撮像装置２１０の動作は、コンピュータ２４０による制御の下で、制御部２１４によって制御される。
【００４８】
まず、放射線源２３０からの放射線の放射、換言すると、放射線撮像装置２１０への放射線の照射が開始されるまで、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３に空読みを実施させる。空読みは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２のそれぞれの行のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に供給されるゲート信号を順にアクティブレベルに駆動し、変換素子Ｓに蓄積されているダーク電荷をリセットするものである。ここで、空読みの際、積分増幅器１０５のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスが供給され、列信号線Ｓｉｇが基準電位にリセットされる。ダーク電荷とは、変換素子Ｓに放射線が入射しないにも関わらず発生する電荷である。
【００４９】
制御部２１４は、例えば、曝射制御部２２０からコンピュータ２４０を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。また、図１に示すように、放射線撮像装置２１０に画素アレイ１１２のバイアス線Ｂｓまたは列信号線Ｓｉｇなどを流れる電流を検出する検出回路２１６が設けられてもよい。制御部２１４は、検出回路２１６の出力に基づいて放射線源２３０からの放射線の照射の開始を認識することができる。
【００５０】
放射線が照射されると、制御部２１４は、スイッチＴを開かれた状態（オフ状態）に制御する。これによって、放射線の照射によって変換素子Ｓに発生した電荷が蓄積される。放射線の照射が終了まで、制御部２１４は、この状態で待機する。
【００５１】
次に、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３に本読みを実行させる。本読みでは、駆動回路１１４が、画素アレイ１１２のそれぞれの行のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に供給されるゲート信号をアクティブレベルに駆動する。そして、読出回路１１３は、列信号線Ｓｉｇを介して変換素子Ｓに蓄積されている電荷を読み出し、マルチプレクサ１０８、バッファ１０９およびＡＤ変換器１１０を通して放射線画像データとしてコンピュータ２４０に出力する。
【００５２】
次にオフセット画像データの取得について説明する。変換素子Ｓは、放射線を照射しない状態においても、ダーク電荷が溜まり続ける。このため、制御部２１４は、放射線を照射せずに放射線画像データを取得する際と同様の動作を行うことによって、オフセット画像データを取得する。放射線画像データからオフセット画像データを引き算することで、ダーク電荷によるオフセット成分が除去できる。
【００５３】
次に、図６を用いて動画を撮像するための駆動について説明する。動画を撮像する場合、高速に読み出すため、同時に複数のゲート線Ｖｇをアクティブレベルに駆動する。このとき、第１の変換素子９０１を備える画素ＰＩＸと第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸとの信号を１つの列信号配線Ｓｉｇに出力してしまうと、エネルギ成分を分離できなくなってしまう。そのため、図６に示すように、ゲート線Ｖｇ１とゲート線Ｖｇ３とに供給されるゲート信号を同時にアクティブレベルにすることによって、第１の変換素子９０１である変換素子Ｓ１２と変換素子Ｓ３２との信号が列信号線Ｓｉｇ２に出力される。同時に、第２の変換素子９０２である変換素子Ｓ１１と変換素子Ｓ３１との信号が列信号線Ｓｉｇ１へ出力される。第１の変換素子９０１と第２の変換素子９０２との信号を、それぞれ異なる列信号線Ｓｉｇに出力することによって、エネルギサブトラクション処理ができる。
【００５４】
次に、本実施形態における画像処理フローについて、図７を用いて説明する。まず、ステップＳ７０１において、制御部２１４は、上述の空読みを行った後、放射線画像データを取得するために、放射線の照射中に変換素子Ｓで生成される電荷を蓄積するように制御する。次いで、制御部２１４は、ステップＳ７０２において、駆動回路１１４および読出回路１１３に本読みを実行させ、放射線画像データを読み出す。このステップＳ７０２で、放射線画像データがコンピュータ２４０に出力される。次いで、制御部２１４は、ステップＳ７０３においてオフセット画像データを取得するための蓄積動作を行い、ステップＳ７０４において、オフセット画像データを駆動回路１１４および読出回路１１３に読み出させ、コンピュータ２４０に出力させる。
【００５５】
画像処理部２４１は、ステップＳ７０５以降に示される処理を実行する。画像処理部２４１を有するコンピュータ２４０は、異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像を用いて被写体を画像化する画像処理装置の一例である。まず、ステップＳ７０５において、コンピュータ２４０の画像処理部２４１は、ステップＳ７０２で取得した放射線画像データを、ステップＳ７０４で取得したオフセット画像データで引き算することによってオフセット補正を行う。
【００５６】
画像処理部２４１は、次に、ステップＳ７０６において、オフセット補正後の放射線画像データを、第１の変換素子９０１から出力される放射線画像データと、第２の変換素子９０２から出力される放射線画像データに分離する。ここでは、第２の変換素子９０２は、図３（ａ）の構成において、図中の上から放射線が入射し、シンチレータ９０４からの光が遮光され、シンチレータ９０５からの高エネルギの放射線によって生じる光を受光するものとして説明する。また、第１の変換素子９０１から出力された放射線画像データを両面入射画像、第２の変換素子９０２から出力された放射線画像データを片面入射画像とそれぞれ表記する。
【００５７】
画像処理部２４１は、次いで、ステップＳ７０７において、被写体が無い状態で放射線野照射を行って撮像したゲイン補正用画像データを用いて、両面入射画像のゲイン補正を行う。また、画像処理部２４１は、ステップＳ７１１において、ゲイン補正用画像データを用いて、片面入射画像のゲイン補正を行う。
【００５８】
ゲイン補正を行った後、画像処理部２４１は、ステップＳ７０８において、第１の変換素子９０１を含まない画素ＰＩＸ、換言すると第２の変換素子９０２を有する画素ＰＩＸの両面入射画像の欠落を補うための画素補間を行う。同様に画像処理部２４１は、ステップＳ７１２において、第２の変換素子９０２を含まない画素ＰＩＸ、換言すると第１の変換素子９０１を有する画素ＰＩＸの片面入射画像の欠落を補うための画素補間を行う。これらのステップＳ７０４、Ｓ７１２での画素補間について、図８を用いて説明する。ここでは、図４（ｂ）に示される、第１の変換素子９０１を備える画素ＰＩＸの方が、第２の変換素子９０２を備える画素ＰＩＸよりも多い場合の配置を例に説明する。
【００５９】
まず、図８（ａ）を用いて、両面入射画像の画素補間について説明する。片面入射画像を出力する第２の変換素子９０２を有する画素Ｅの両面入射画像における値は、画素Ｅに隣接し、両面入射画像の画素値を出力する第１の変換素子９０１を有する画素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉの画素値を用いて補間する。例えば、画像処理部２４１は、両面入射画像における画素Ｅに隣接する８画素の平均値を用いて、両面入射画像における画素Ｅの値を補間してもよい。また例えば、画像処理部２４１は、画素Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈのように、両面入射画像において隣接する一部の画素の平均値を用いて、両面入射画像における画素Ｅの値を補間してもよい。ステップＳ７０８において、画素補間を行うことによって、それぞれの画素ＰＩＸの放射線の高エネルギ成分および低エネルギ成分によって生成された放射線画像データが生成される。
【００６０】
次に、図８（ｂ）を用いて、片面入射画像における画素補間について説明する。両面入射画像の画素値を出力する第１の変換素子９０１を有する画素Ｊは、画素Ｊに隣接し、片面入射画像の画素値を出力する第２の変換素子９０２を有する画素Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの画素値を用いて補間する。例えば、画像処理部２４１は、画素Ｊに隣接する４画素の片面画像データの平均値を用いて、画素Ｊの片面画像データを補間してもよい。この場合、例えば、画素Ｊの配される位置から画素Ｋまでの距離と画素Ｎまでの距離とは異なる。そのため、距離に応じて、それぞれ画素Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎから出力される片面入射画像の画素値に対して重みづけをして平均化してもよい。ステップＳ７１２において画素補間を行うことによって、それぞれの画素ＰＩＸの放射線の高エネルギ成分によって生成された放射線画像データ（以下、高エネルギ画像）が生成される。
【００６１】
次いで、画像処理部２４１は、ステップＳ７０９において、放射線の低エネルギ成分による放射線画像データ（以下、低エネルギ画像）を生成する。上述のように、第２の変換素子９０２の放射線が入射する側に遮光層９０３を設けた場合、片面入射画像を補間することで高エネルギ画像が得られる。また、ステップＳ７０８で画素補間により生成される両面入射画像は、高エネルギと低エネルギの両方の成分を有する放射線画像となる。このため、ステップＳ７０８で画素補間された放射線画像から、ステップＳ７１２で画素補間により取得された高エネルギ画像を引き算することによって、低エネルギ画像を生成することができる。こうして、画像処理部２４１は、高エネルギ画像と低エネルギ画像を取得する。
【００６２】
なお、上記では第２の変換素子９０２の放射線が入射する側に遮光層９０３を設けたが、第２の変換素子９０２の放射線が入射する側と反対側に遮光層９０３を設けることも考えられる。その場合、片面入射画像は、低エネルギ成分による放射線画像データとなり、画素補間された両面入射画像から画素補間された片面入射画像を引き算することによって、高エネルギ成分の放射線画像データ（高エネルギ画像）を生成することができる。しかしながら、高エネルギ成分による放射線画像は、放射線の入射する側のシンチレータ９０４で吸収しきれなかった放射線の成分のため、シンチレータ９０５からの光量は、シンチレータ９０４からの光量よりも少ない。そのため、両面入射画像から片面入射画像を減算して高エネルギ画像を生成すると、低エネルギ成分の放射線画像のノイズが、高エネルギ成分の放射線画像に乗ってしまう。結果として、高エネルギ成分の放射線画像のＳ／Ｎ比が低くなってしまう。このため、上述の本実施形態に示すように、第２の変換素子９０２の放射線が入射する側を遮光し、両面画像データを高エネルギ成分＋低エネルギ成分、片面画像データを高エネルギ成分の画像データとする。そして、両面画像データから片面画像データを減算し、低エネルギ画像を生成する方が、Ｓ／Ｎ比が向上しうる。
【００６３】
次に、画像処理部２４１は、ステップＳ７１０において、ステップＳ７０９で生成した低エネルギ画像の空間周波数特性（ＭＴＦ：Modulation Transfer Function）を補正（ＭＴＦ補正）する。また、ステップＳ７１３において、ステップＳ７１２で得られた甲エネルギ画像の空間周波数特性を補正（ＭＴＦ補正）する。なお、画像処理部２４１は、高エネルギ画像（第１の放射線画像）の空間周波数特性と低エネルギ画像（第２の放射線画像）の空間周波数特性とが近づくように、高エネルギ画像と低エネルギ画像の少なくとも一方の空間周波数特性を変更する。したがって、ステップＳ７１０とステップＳ７１３のＭＴＦ補正は、必ずしも両方が実行される必要はない。以上のようなＭＴＦ補正を行う画像処理部２４１は、異なる複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像の空間周波数特性が互いに近づくように、複数の放射線画像の少なくとも１つについて空間周波数を変更する変更部の一例である。
【００６４】
次に、ステップＳ７１４において、画像処理部２４１は、ＭＦＴ補正後の高エネルギ画像と低エネルギ画像を用いて、エネルギサブトラクション画像および／またはスペクトラルイメージング画像を生成する。エネルギサブトラクション画像およびスペクトラルイメージング画像の生成には周知の方法を用いることができる。ステップＳ７１４の処理を行う画像処理部２４１は、上述した変更部による変更後の、複数の放射線画像を用いて被写体に関する画像を生成する処理部の一例である。なお、画像処理部２４１は、ステップＳ７１５において第１の変換素子９０１からそれぞれ出力された両面画像データに基づいて通常の放射線画像を生成してもよい。第１の変換素子９０１は、放射線の入射する側のシンチレータ９０４からの光と、放射線が入射する側と反対側のシンチレータ９０５からの光とを受光する。これによって、一方のシンチレータで発光する光のみを受光する場合よりも、通常の放射線画像において、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００６５】
次に、ステップＳ７１０とステップＳ７１３による、放射線画像の空間周波数特性を変更する処理の例について説明する。まず、被写体の撮像前に高エネルギ画像と低エネルギ画像それぞれの空間周波数特性を計測しておく。空間周波数特性を算出する方法としてスリット法、チャート法、エッジ法等が提案されているが、本提案ではいかなる方法が用いられてもよい。
【００６６】
図９は、高エネルギ画像の空間周波数特性と低エネルギ画像の空間周波数特性の傾向を示すグラフである。低エネルギ画像の空間周波数特性５０１は周波数が高くなっても信号値を維持する傾向があるが、高ネルギー画像の空間周波数特性５０２は高周波成分が維持されない傾向がある。これは、例えば、シンチレータ９０４とシンチレータ９０５の間に設けられた層内で蛍光が散乱するためである。本実施形態では、変更部として機能する画像処理部２４１が、複数の放射線エネルギのうちの１つの放射線エネルギについて計測された空間周波数特性に、複数の放射線エネルギのうちの他の放射線エネルギについて計測された空間周波数特性を近づけるようにあらかじめ設定された処理を、他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用する。以下、変更部の処理についてより具体的に説明する。
【００６７】
第１実施形態の画像処理部２４１は、複数の放射線エネルギのうちの最も低い放射線エネルギにより得られる放射線画像の空間周波数特性に、他の放射線エネルギにより得られる放射線画像の空間周波数と構成を近似させる。すなわち、画像処理部２４１は、最も低い放射線エネルギについてあらかじめ計測された第１の空間周波数特性に、他の放射線エネルギについてあらかじめ計測した空間周波数特性を近似させるように設定された処理を、当該他の放射線エネルギで得られた放射線画像に適用する。
【００６８】
例えば、画像処理部２４１は、低エネルギ画像の高い空間周波数特性５０１に高エネルギ画像の低い空間周波数特性５０２を近似させる。この場合、ステップＳ７１０はスキップする。事前に求めた低エネルギ画像と高エネルギ画像の空間周波数特性より、適切なフィルタを設計しておく。またはガウス分布等の既存の関数を用いてフィルタを設計しても良い。ステップＳ７１３において、画像処理部２４１は、作成したフィルタを用いて高エネルギ画像に畳み込み演算を行い、高エネルギ画像の空間周波数特性を変更する。ステップＳ７１０はスキップされる。
【００６９】
なお、高エネルギ画像は低エネルギ画像に比べて高周波成分がほとんど残っていないことが予測され、高周波成分の上昇に伴い高周波ノイズの上昇が予測されるため、これを考慮した適切なフィルタ設計が必要である。また、低エネルギ画像と高エネルギ画像とでは放射線エネルギの違いにより画像のコントラストが異なるため、同一の空間周波数特性に補正することは難しい。そのため、画像処理部２４１は、１つの放射線エネルギにより得られた放射線画像の空間周波数特性に関して設定されたマージンの範囲に、他の放射線エネルギで得られた放射線画像の空間周波数特性が入るように、他の放射線エネルギで得られた放射線画像を処理する。例えば、図１０に示すように、高エネルギ画像の空間周波数特性５０２を変更する際には目的とする低エネルギ画像の空間周波数特性５０１に公差を設定し、各空間周波数でマージン５０３を持たせる。また、このマージン５０３は特に高周波側でノイズの強調を抑えるため、所定の空間周波数を境にマージン５０４に切り替え、低値側に広く取るようにしてもよい。例えば、マージン５０３として±０．０５以下を設定し、高周波側では、マージン５０４として低値側に−０．１以下を設定する。
【００７０】
こうして、高エネルギ画像の空間周波数特性を変更する処理は、高い放射線エネルギについて計測された空間周波数特性３０２と低い放射線エネルギについて計測された空間周波数特性３０１との差が各周波数で±０．０５以内になるように設定される。また、この処理は、所定の空間周波数より高い領域において、高い放射線エネルギについて計測された空間周波数特性３０２と低い放射線エネルギについて計測された空間周波数特性３０１との差が−０．２以内になるように設定される。この手法により高エネルギ画像と低エネルギ画像の空間周波数を同等とすることができる。なお、図１０では、マージン５０３とマージン５０４を切り替えるようにしているが、空間周波数が低くなるにつれてマージンが連続的に大きくなるようにしてもよい。
【００７１】
ステップＳ７１３において、画像処理部２４１は、ステップＳ７１２で取得された高エネルギ画像を以上のようにして生成されたフィルタを用いて処理することにより、高エネルギ画像の空間周波数特性を低エネルギ画像の空間周波数特性に近づける。ステップＳ７１４では、空間周波数が近づけられた高エネルギ画像と低エネルギ画像を用いてエネルギサブトラクション画像および／またはスペクトラルイメージング画像が生成されるため、これら画像の画質が向上する。
【００７２】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、高エネルギ画像についてＭＴＦ補正を行うことで、高エネルギ画像と低エネルギ画像の空間周波数特性を近づけた。すなわち、複数の放射線エネルギのうちの最も低い放射線エネルギにより得られた放射線画像の空間周波数特性に近づくように、他の放射線エネルギで得られた放射線画像を処理する構成を説明した。第２実施形態では、低エネルギ画像をＭＴＦ補正する例を説明する。すなわち、第２実施形態では、複数の放射線エネルギのうちの最も高い放射線エネルギにより得られた放射線画像の空間周波数特性に近づくように、他の放射線エネルギで得られた放射線画像を処理する。なお、第２実施形態の放射線撮像システム、放射線撮像装置の構成および動作は、第１実施形態（図１〜図８）と同様である。但し、第２実施形態では、ステップＳ７１０における低エネルギ画像のＭＴＦ補正が実行され、ステップＳ７１３における高エネルギ画像のＭＴＦ補正はスキップされる。
【００７３】
ステップＳ７１０において、画像処理部２４１は、高エネルギ画像の空間周波数特性５０２に低エネルギ画像の空間周波数特性５０１を近似させる。事前に求めた低エネルギ画像と高エネルギ画像の空間周波数特性により、適切なフィルタがあらかじめ設計される。またはガウス分布等の既存の関数を用いてフィルタがあらかじめ設計されても良い。ステップＳ７１０において、画像処理部２４１は、あらかじめ作成されたフィルタを用いて低エネルギ画像について畳み込み演算を行い、低エネルギ画像の空間周波数特性５０１を変更する。
【００７４】
この変更により、高エネルギ画像は低エネルギ画像に比べ高周波成分がほとんど残っていないことが予測され、当該演算により低エネルギ画像の高周波成分のほとんどが失われることになる。しかし高周波ノイズは抑えられ、その後の処理で安定した出力が期待できる。また、低エネルギ画像と高エネルギ画像とでは放射線エネルギの違いにより画像のコントラストが異なるため、同一の空間周波数特性に補正することは難しい。そのため図１１に示すように低エネルギ画像の空間周波数特性５０１を変更する際に、目的とする高エネルギ画像の空間周波数特性５０２の曲線に公差を設定し、各空間周波数でマージン５０３を持たせる。マージンは例えば±０．０５以下とする。
【００７５】
ステップＳ７１０において、画像処理部２４１は、ステップＳ７０９で生成された低エネルギ画像を以上のようにして生成されたフィルタを用いて処理することにより、低エネルギ画像の空間周波数特性を高エネルギ画像の空間周波数特性に近づける。ステップＳ７１４では、空間周波数が近づけられた高エネルギ画像と低エネルギ画像を用いてエネルギサブトラクション画像および／またはスペクトラルイメージング画像が生成されるため、これら画像の画質が向上する。
【００７６】
＜第３実施形態＞
第１実施形態、第２実施形態では、高エネルギ画像の空間周波数特性と低エネルギ画像の周波数特性の一方を他方に近似することを行った。第３実施形態では、複数の放射線エネルギにより得られた複数の放射線画像のそれぞれの空間周波数特性が、あらかじめ設定された空間周波数特性に近づくように、複数の放射線画像を処理する。一例として、第３実施形態では、目的とする臓器の診断に必要な空間周波数特性をモデル化した空間周波数特性を設定し、当該特性に高エネルギ画像の空間周波数特性と低エネルギ画像の空間周波数特性を近似させる。なお、第３実施形態の放射線撮像システム、放射線撮像装置の構成および動作は、第１実施形態（図１〜図８）と同様である。但し、第３実施形態では、ステップＳ７１０における低エネルギ画像のＭＴＦ補正と、ステップＳ７１３における高エネルギ画像のＭＴＦ補正が実行される。
【００７７】
第３実施形態による空間周波数特性の変更は、複数の放射線エネルギのそれぞれについてあらかじめ計測した空間周波数特性を、あらかじめ設定された空間周波数特性に近似させる処理を設定し、設定された処理を複数の放射線画像に適用する。以下、より具体的な例により説明する。第３実施形態では、高エネルギ画像と低エネルギ画像のそれぞれの空間周波数特性から空間周波数特性の変換用のフィルタを設計しておく。なお、ガウス分布等の既存の関数を用いてフィルタが設計されても良い。本実施形態では、図１２に示されるように、低エネルギ画像の空間周波数特性５０１を任意の空間周波数特性５０５に近づける第１のフィルタと、高エネルギ画像の空間周波数特性５０２を空間周波数特性５０５に近づける第２のフィルタが設計される。空間周波数特性５０５は、例えば、目的とする臓器の診断に必要な空間周波数特性をモデル化した空間周波数特性である。第１のフィルタを用いて低エネルギ画像に畳み込み演算を行い、第２のフィルタを用いて高エネルギ画像に畳み込み演算を行うことで、低エネルギ画像の空間周波数特性５０１と高エネルギ画像の空間周波数特性５０２は、空間周波数特性５０５に近づくように変更される。
【００７８】
また、低エネルギ画像と高エネルギ画像とでは放射線エネルギの違いにより画像のコントラストが異なるため、同一の空間周波数特性に補正することは難しい。そのため図１２に示すように目的とする空間周波数特性５０５に公差を設定し、各空間周波数でマージン５０３を持たせる。マージンは、例えば±０．０５以下とする。
【００７９】
ステップＳ７１０において、画像処理部２４１は、ステップＳ７０９で生成された低エネルギ画像を以上のようにして生成された第１のフィルタを用いて処理することにより、低エネルギ画像の空間周波数特性５０１を空間周波数特性５０５に近づける。ステップＳ７１３において、画像処理部２４１は、ステップＳ７１２で取得された高エネルギ画像を以上のようにして生成された第２のフィルタを用いて処理することにより、高エネルギ画像の空間周波数特性５０２を空間周波数特性５０５に近づける。こうして、低エネルギ画像と高エネルギ画像の空間周波数特性が互いに近似される。ステップＳ７１４では、空間周波数が近似された高エネルギ画像と低エネルギ画像を用いてエネルギサブトラクション画像および／またはスペクトラルイメージング画像が生成されるため、これら画像の画質が向上する。
【００８０】
なお、上記では空間周波数特性３０５を、目的とする臓器の診断に必要な空間周波数をモデル化して設定したが、これに限られるものではない。例えば、空間周波数特性が次のように設定されてもよい。すなわち、複数の放射線エネルギのうち最も低い放射線エネルギ（または最も高い放射線エネルギ）について計測された空間周波数特性が閾値以下になる空間周波数において０となり、当該空間周波数よりも低い周波数の領域において、空間周波数特性がなだらかに０から１に変化するように、空間周波数特性が設定されてもよい。
【００８１】
例えば、図１３に示すように、高エネルギ画像の空間周波数特性５０２に閾値５１０を設定する。そして、空間周波数特性５０２の値が閾値５１０となる空間周波数で０となり、当該空間周波数より低い空間周波数領域で０から１へなだらかにつながる空間周波数特性５０７を目標とする空間周波数特性に設定してもよい。同様に、低エネルギ画像の空間周波数特性５０１に閾値５１０を設定し、空間周波数特性５０１の値が閾値５１０となる空間周波数で０となり、当該空間周波数より低い空間周波数領域で０から１へなだらかにつながる空間周波数特性５０６を目標とする空間周波数特性に設定してもよい。なお、閾値５１０として０．１が用いられているがこれに限られるものではない。但し、閾値５１０は０．２以下であることが好ましい。
【００８２】
＜変形例＞
なお、上述した各実施形態では、放射線エネルギの異なる２つの放射線画像を用いる構成について具体例を記載したが、３つ以上の放射線画像を用いて画像を生成する構成にも適用可能であることは上述したとおりである。その場合、第１実施形態では、例えば、複数の放射線エネルギのうち最も低い放射線エネルギで撮像された放射線画像の空間周波数特性に他の放射線エネルギで撮像された放射線画像の空間周波数特性を近似させることになる。また、第２実施形態では、例えば、複数の放射線エネルギのうち最も高い放射線エネルギで撮像された放射線画像の空間周波数特性に他の放射線エネルギで撮像された放射線画像の空間周波数特性を近似させることになる。なお、近似の目標とする空間周波数特性は、最も高いまたは最も低い放射線エネルギの画像に限られるものではない。複数の放射線エネルギのうちの１つで撮像された放射線画像の空間周波数特性に他の放射線エネルギで撮像された放射線画像の空間周波数特性を近似させるようにしてもよい。
【００８３】
また、第３実施形態では、複数の放射線エネルギにより撮像された放射線画像の複数の空間周波数特性を、あらかじめ設定された、目標とする空間周波数特性に近似させることになる。或いは、複数の放射線エネルギにより撮像された放射線画像の複数の空間周波数特性のうちの１つについて、空間周波数特性が閾値となる空間周波数で０となり、当該空間周波数より低い空間周波数の領域で０から１へなだらかにつながる空間周波数特性を目標とする空間周波数に設定するようにしてもよい。
【００８４】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００８５】
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、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、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
【符号の説明】
【００８６】
２００：放射線撮像システム、２１０：放射線撮像装置、２１２：放射線検出パネル、２１４：制御部、２２０：曝射制御部、２３０：放射線源、２４０：コンピュータ、５０１、５０２：空間周波数特性、５０３、５０４：マージン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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