(57)【要約】【課題】放射線量子のエネルギーをより正確に求めるために有利な技術を提供する。【解決手段】放射線撮像システムは、放射線量子を光に変換するシンチレータおよび複数の光電変換素子を含む検出器と、前記検出器から提供される複数の信号値からなる信号値群におけるブリンカーノイズによる影響が低減されるように前記信号値群を修正して得られる修正信号値群に基づいて、前記検出器に入射した放射線量子のエネルギーを求める処理部と、を備える。【選択図】図８
2018102729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線量子を光に変換するシンチレータおよび複数の光電変換素子を含む検出器と、
前記検出器から提供される複数の信号値からなる信号値群におけるブリンカーノイズによる影響が低減されるように前記信号値群を修正して得られる修正信号値群に基づいて、前記検出器に入射した放射線量子のエネルギーを求める処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【請求項２】
前記処理部は、前記複数の信号値から所定の基準に従って選択される信号値を除外するか、該信号値を元の信号値よりも小さい信号値に変更することによって前記修正信号値群を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像システム。
【請求項３】
前記処理部は、前記複数の信号値から閾値を越える信号値を除外するか、該信号値を元の信号値よりも小さい信号値に変更することによって前記修正信号値群を得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像システム。
【請求項４】
前記処理部は、前記複数の信号値における代表値と前記複数の信号値における最小値との間の第１区間の信号値に基づいて、前記代表値と前記複数の信号値における最大値との間の第２区間に対応する、前記修正信号値群における信号値を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像システム。
【請求項５】
前記処理部は、前記修正信号値群を構成する複数の信号値の分布が前記代表値を対称軸として対称になるように、前記修正信号値群を得る、
ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像システム。
【請求項６】
前記処理部は、
前記複数の信号値からなる前記信号値群に基づいて複数の候補信号値からなる候補信号値群を生成し、
前記信号値群を構成する信号値と前記候補信号値群を構成する信号値との差が所定値より小さい区間については、前記信号値群を構成する信号値を変更せず、前記差が前記所定値を超える区間については、前記信号値群を構成する信号値を、前記候補信号値群を構成する候補信号値で置き換える、ことによって前記修正信号値群を生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像システム。
【請求項７】
前記代表値は、前記複数の信号値の分布における中央値である、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
【請求項８】
前記代表値は、前記複数の信号値の分布における平均値または最頻値である、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
【請求項９】
前記処理部は、前記修正信号値群を構成する複数の信号値の分布に基づいて前記エネルギーを求める、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
【請求項１０】
前記処理部は、前記分布の特徴を示す特徴量に基づいて前記エネルギーを求める、
ことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像システム。
【請求項１１】
前記特徴量は、前記分布の分散を含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像システム。
【請求項１２】
前記信号値群を構成する前記複数の信号値は、前記複数の光電変換素子における任意の光電変換素子によって互いに異なる時間に生成される、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
【請求項１３】
前記信号値群を構成する前記複数の信号値は、前記複数の光電変換素子における互いに異なる光電変換素子によって生成される、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線（Ｘ線）による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（ＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いた放射線撮像装置が知られている。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断において、静止画や動画などのデジタル撮像装置として用いられうる。
【０００３】
ＦＰＤとしては、例えば、積分型のセンサおよびフォトンカウンティング型のセンサがある。積分型のセンサは、放射線の入射により発生した電荷の総量を計測する。それに対し、フォトンカウンティング型のセンサは、入射した放射線のエネルギー（波長）を識別し、複数のエネルギーレベルの各々について放射線の検出回数をカウントする。即ち、フォトンカウンティング型のセンサは、エネルギー分解能を有するため、積分型のセンサに比べて診断能力を向上させることができる。しかしながら、入射する放射線量子の個数は膨大であるため、これを個別に数えるには高い動作速度が必要となる。このため、大面積のＦＰＤでフォトンカウンティング型のセンサを実現することは困難であった。
【０００４】
一方、特許文献１では、所定領域ごとに平均画像濃度情報と画像濃度の分散情報とを用いて、放射線量子の個数やエネルギーの平均値を推定することにより、エネルギー分解能を有する放射線撮像装置が提案されている。特許文献１の方式では、フォトンカウンティング型のセンサと比較して低い動作速度であっても、エネルギー分解能を有するセンサが実現できる。
【０００５】
ところで、放射線を電荷に変換する方法としては、ＣｄＴｅを用いた直接型のセンサと、入射した放射線量子をシンチレータで可視光に変換する間接型のセンサがある。ＣｄＴｅの単結晶は、数ｃｍ角程度にしか成長させることができない。また、非常に高価であるため、大面積化が困難である。これに対して放射線量子を蛍光体で可視光に変換してから検出する間接型のセンサは、安価で大面積化が容易という利点がある。
【０００６】
しかしながら、間接型センサに特有の問題も存在する。放射線はその全てがシンチレータにおいて可視光に変換されるのではなく、放射線の一部はシンチレータを透過して光電変換部に入射しうる。光電変換部に入射した放射線は、シンチレータにおいて変換された可視光が光電変換部に入射した場合の数十〜数百倍程度（センサの構成に依存する）の大量の電荷を発生させうる。したがって、この現象が起きた画素の信号値は、通常よりも大きくなり、高輝度の斑点状のノイズとして画質を低下させることが分かっている。このようなノイズは、ブリンカーノイズと呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２８５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された間接型センサにおいて、画像濃度の平均値や分散値の計算対象にブリンカーノイズが含まれると、推定値に大きな誤差が生じる。これにより、被写体を透過した放射線量子の個数や平均エネルギーを正しく推定できず、診断性能が著しく低下する。
【０００９】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、放射線量子のエネルギーをより正確に求めるために有利な技術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】
本発明の１つの側面は、放射線撮像システムに係り、前記放射線撮像システムは、放射線量子を光に変換するシンチレータおよび複数の光電変換素子を含む検出器と、前記検出器から提供される複数の信号値からなる信号値群におけるブリンカーノイズによる影響が低減されるように前記信号値群を修正して得られる修正信号値群に基づいて、前記検出器に入射した放射線量子のエネルギーを求める処理部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、放射線量子のエネルギーをより正確に求めるために有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１つの実施形態の放射線撮像システムの構成を示す図。
【図２】検出器の構成例を示す図。
【図３】画素の構成例を示す図。
【図４】１フレームサイクルの動作例を示す図。
【図５】放射線量子としてのＸ線フォトンのエネルギーを求める原理を説明する図。
【図６】放射線量子のエネルギーの平均値を推定する原理を説明する図。
【図７】ブリンカーノイズがない場合に放射線撮像装置から出力される複数枚のデジタル画像信号における１つの画素の画素値（ａ）および該画素値の分布（ｂ）を示す図。
【図８】ブリンカーノイズがある場合に放射線撮像装置から出力される複数枚のデジタル画像信号における１つの画素の画素値（ａ）および該画素値の分布（ｂ）を示す図。
【図９】制御装置の処理部によって実行される処理を例示する図。
【図１０】ブリンカーノイズがある場合に放射線撮像装置から出力される複数枚のデジタル画像信号における１つの画素の画素値（ａ）および該画素値の分布（ｂ）を示す図。
【図１１】第２実施形態の修正信号値群の生成方法の一例を視覚的に説明する図。
【図１２】第２実施形態の修正信号値群の生成方法を実現するための処理部の動作例を説明する図。
【図１３】第３実施形態の修正信号値群の生成方法の一例を視覚的に説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
図１には、本発明の１つの実施形態の放射線撮像システムの構成が記載されている。放射線撮像システム１は、放射線源１１から放射され被検体を透過した放射線によって形成される画像を撮像する。放射線は、典型的には、Ｘ線でありうるが、α線、β線、γ線などであってもよい。放射線撮像システム１は、検出器１０１と、制御装置１３とを含みうる。図１に示された実施形態では、放射線撮像システム１は、放射線撮像装置１０と、制御装置１３と、曝射制御装置１２と、放射線源（例えば、Ｘ線源）１１とを備えている。しかし、放射線撮像装置１０の全部または一部と、制御装置１３の全部又は一部とは、一体化されてもよい。また、曝射制御装置１２は、放射線源１１又は制御装置１３に組み込まれてもよい。
【００１５】
放射線撮像装置１０は、検出器１０１、出力部１０５、電源部１０６、および、撮像制御部１０７を含みうる。検出器１０１は、図２に例示されるように、放射線量子を光に変換するシンチレータ２１０および複数の光電変換素子２０１を含む。検出器１０１は、複数の行および複数の列を構成するように複数の画素２０が配列された画素アレイ１０２を有し、１つの光電変換素子２０１によって１つの画素２０が構成され、複数の画素２０によってシンチレータ２１０が共有されうる。光電変換素子２０１は、シンチレータ２１０によって放射線量子から変換された光（可視光）を電荷に変換する。また、意図されていないが、光電変換素子２０１は、シンチレータ２１０を透過して光電変換素子２０１に入射する放射線量子を電荷に変換する。放射線量子がシンチレータ２１０を透過して光電変換素子２０１に入射する光電変換素子２０１において電荷に変換されると、前述のようなブリンカーノイズが発生しうる。放射線撮像装置１０は、その他、画素アレイ１０２を駆動する駆動回路１０３と、駆動された画素アレイ１０２から信号を読み出す読出回路１０４とを含みうる。
【００１６】
制御装置１３は、制御装置１３の制御卓（不図示）を介して撮影者（不図示）から入力された撮影情報に基づいて、放射線撮像装置１０および曝射制御装置１２に制御信号を与える。曝射制御装置１２は、制御装置１３からの制御信号を受けて、放射線源１１から放射線を出射する動作や照射野絞り機構（不図示）の動作の制御を行いうる。放射線撮像装置１０の撮像制御部１０７は、制御装置１３からの制御信号を受けて、放射線撮像装置１０の各部を制御する。曝射制御装置１２によって制御された放射線源１１から出射され被検体を透過した放射線の像が検出器１０１に形成され、検出器１０１は、当該像に応じた信号を出力する。出力部１０５は、検出器１０１から出力される信号をＡＤ変換した後にオフセット補正等の画像処理を行い、処理後の信号を制御装置１３に伝送する。ここで、伝送には、公知の無線通信や有線通信が適用されうる。伝送された信号は、制御装置１３の処理部１３１によって処理され、制御装置１３の表示部（不図示）に表示されうる。
【００１７】
図３には、各画素２０の構成例が示されている。画素２０は、光電変換素子２０１の他、光電変換素子２０１から信号を読み出すための画素回路部２０２を含みうる。光電変換素子２０１は、典型的にはフォトダイオードでありうる。画素回路部２０２は、増幅回路部２０４、クランプ回路部２０６、サンプルホールド回路部２０７、選択回路部２０８を含みる。
【００１８】
光電変換素子２０１は、電荷蓄積部を含み、該電荷蓄積部は、増幅回路部２０４のＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０４ｂを介して電流源２０４ｃに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａと電流源２０４ｃとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ｂは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮが駆動回路１０３によってアクティブレベルにされるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
【００１９】
図３に示された例では、光電変換素子２０１の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートが共通のノードを構成していて、このノードは、該電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、該電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ２０３を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。駆動回路１０３によってリセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルにされると、リセットスイッチ２０３がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。
【００２０】
クランプ回路部２０６は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部２０４によって出力されるノイズをクランプ容量２０６ａによってクランプする。つまり、クランプ回路部２０６は、光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプは、駆動回路１０３がクランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態にした後に、クランプ信号ＰＣＬを非アクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量２０６ａの出力側は、ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０６ｄを介して電流源２０６ｅに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃと電流源２０６ｅとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｄは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０が駆動回路１０３によってアクティブレベルにされるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
【００２１】
光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部２０６から出力される信号は、光信号として、光信号サンプリング信号ＴＳがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｓａを介して容量２０７Ｓｂに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態とした際にクランプ回路部２０６から出力される信号は、ノイズである。このノイズは、ノイズサンプリング信号ＴＮがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｎａを介して容量２０７Ｎｂに書き込まれる。このノイズには、クランプ回路部２０６のオフセット成分が含まれる。スイッチ２０７Ｓａと容量２０７Ｓｂによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓが構成され、スイッチ２０７Ｎａと容量２０７Ｎｂによってノイズサンプルホールド回路２０７Ｎが構成される。サンプルホールド回路部２０７は、信号サンプルホールド回路２０７Ｓとノイズサンプルホールド回路２０７Ｎとを含む。
【００２２】
駆動回路１０３によって行選択信号ＶＳＴがアクティブレベルに駆動されると、容量２０７Ｓｂに保持された信号（放射線信号）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａおよび行選択スイッチ２０８Ｓｂを介して信号線２５Ｓに出力される。また、同時に、容量２０７Ｎｂに保持された信号（ノイズ）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａおよび行選択スイッチ２０８Ｎｂを介して信号線２５Ｎに出力される。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａは、信号線２５Ｓに設けられた定電流源２３５Ｓ（図６（ｂ）記載）とソースフォロア回路を構成する。同様に、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａは、信号線２５Ｎに設けられた定電流源２３５Ｎ（図６（ｂ）記載）とソースフォロア回路を構成する。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａと行選択スイッチ２０８Ｓｂによって信号用選択回路部２０８Ｓが構成され、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａと行選択スイッチ２０８Ｎｂによってノイズ用選択回路部２０８Ｎが構成される。選択回路部２０８は、信号用選択回路部２０８Ｓとノイズ用選択回路部２０８Ｎとを含む。読出回路１０４は、信号線２５Ｓ、２５Ｎにそれぞれ出力された放射線信号、ノイズの差分を増幅することによって、ノイズ成分が除去された放射線信号を発生する。
【００２３】
画素２０は、隣接する複数の画素２０の光信号を加算する加算スイッチ２０９Ｓを有してもよい。加算モード時には、加算モード信号ＡＤＤがアクティブレベルになり、加算スイッチ２０９Ｓがオン状態になる。これにより、隣接する画素２０の容量２０７Ｓｂが加算スイッチ２０９Ｓによって相互に接続されて、光信号が平均化される。同様に、画素２０は、隣接する複数の画素２０のノイズを加算する加算スイッチ２０９Ｎを有してもよい。加算スイッチ２０９Ｎがオン状態になると、隣接する画素２０の容量２０７Ｎｂが加算スイッチ２０９Ｎによって相互に接続されて、ノイズが平均化される。加算部２０９は、加算スイッチ２０９Ｓと加算スイッチ２０９Ｎを含む。
【００２４】
画素２０は、感度を変更するための感度変更部２０５を有してもよい。画素２０は、例えば、第１感度変更スイッチ２０５ａおよび第２感度変更スイッチ２０５’ａ、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになると、第１感度変更スイッチ２０５ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第１付加容量２０５ｂの容量値が追加される。これによって画素２０の感度が低下する。第２変更信号ＷＩＤＥ２がアクティブレベルになると、第２感度変更スイッチ２０５’ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第２付加容量２０５’ｂの容量値が追加される。これによって画素２０の感度が更に低下する。このように画素２０の感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジを広げることができる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ＥＮｗをアクティブレベルにして、ＭＯＳトランジスタ２０４ａに加えてＭＯＳトランジスタ２０４’ａをソースフォロア動作させてもよい。
【００２５】
図３には、放射線撮像システム１において１フレーム（１枚）の放射線画像を得るための手順が例示されている。図３において、横軸は時間を示している。１フレームの放射線画像を得るための１フレームサイクル（１フレーム期間）は、照射期間ＸＷ、読出期間ＸＲ、非照射期間ＦＷ、読出期間ＦＲを含みうる。照射期間ＸＷは、検出器１０１に放射線が照射される期間である。読出期間ＸＲは、読出回路１０４が検出器１０１から放射線信号を読み出す期間である。非照射期間ＦＷの長さは、照射期間ＸＷの長さと同じに設定されうる。非照射期間ＦＷは、オフセット情報を生成するために、放射線が照射されない状態で、各画素２０（光電変換素子２０１）において電荷を蓄積する期間である。読出期間ＦＲは、読出回路１０４が検出器１０１からオフセット情報を読み出す期間である。
【００２６】
放射線撮像システム１は、図４に示される１フレームサイクルを複数回にわたって繰り返すことによって複数フレームの放射線画像信号を得ることができる。読出回路１０４によって検出器１０１から読み出された信号は、出力部１０５を介して制御装置１３の処理部１３１に提供される。
【００２７】
制御装置１３の処理部１３１は、放射線撮像装置１０から提供された放射線画像信号を処理する。具体的には、処理部１３１は、読出期間ＸＲで検出器１０１から読み出された放射線信号と読出期間ＦＲで検出器１０１から読み出された信号との差分を計算することによって、オフセットが除去された放射線画像信号を得る。処理部１３１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。あるいは、処理部１３１は、制御装置１３を構成するコンピュータ又はＣＰＵに提供されるプログラムによって構成される機能の一部として構成されてもよい。
【００２８】
放射線撮像システム１では、処理部１３１は、検出器１０１から提供さる信号に基づいて、検出器１０１に入射した放射線量子（例えば、Ｘ線フォトン）のエネルギーを求める。処理部１３１は、更に、エネルギー分解された放射線画像を求める。エネルギー分解された放射線画像は、エネルギーの大きさを階調値とする放射線画像である。
【００２９】
図５には、放射線量子としてのＸ線フォトンのエネルギーを求める原理が示されている。放射線量子の一例であるＸ線フォトンがシンチレータで吸収されると、これに応じてシンチレータで可視光フォトンが発生する。発生する可視光フォトンの個数は、シンチレータが吸収したＸ線フォトンのエネルギーに依存する。具体的には、Ｘ線フォトンのエネルギーが大きいほど、シンチレータで可視光フォトンが多く発生する。可視光フォトンは、光電変換素子で吸収され、これに応じて光電変換素子で電荷が発生する。発生する電荷の個数（電荷量）は、光電変換素子で吸収された可視光フォトンの個数に依存する。出力回路は、光電変換素子で発生した電荷の個数に応じたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力しうる。
【００３０】
例えば、あるエネルギーを有するＸ線フォトンに応じて出力回路から出力されるデジタル信号の値は３０ＬＳＢであり、それよりも高いエネルギーを有するＸ線フォトンに応じて出力されるデジタル信号の値は１００ＬＳＢである。したがって、１個のＸ線フォトンがシンチレータによって吸収される度に、光電変換素子で発生した電荷量に応じたデジタル信号を取得すれば、その値からＸ線フォトンのエネルギーを識別することが可能である。なお、ここでは、ＬＳＢをアナログ／デジタル変換の量子化単位として用いており、例えば３０ＬＳＢは量子化単位３０個分を意味する。このようにして、入射した放射線量子のエネルギーに識別することによって、エネルギー分解された放射線画像を得ることができる。
【００３１】
しかしながら、医療診断などに使用される大面積のＦＰＤを用いた放射線撮像装置では、入射する放射線量子の個数は膨大であるため、個別に数えるためにはＦＰＤの高い動作速度が必要となり、個別に放射線量子の個数を数えることが困難である。そこで、ある期間に検出器に入射した複数の放射線量子に応じて出力された信号の値から、該期間に検出器に入射した複数の放射線量子のエネルギーの平均値を推定することによって該複数の放射線粒子の個々のエネルギーを推定する方法が有効である。
【００３２】
次に、図６を用いて、放射線量子のエネルギーの平均値を推定する原理を説明する。図６は、放射線量子のエネルギーの平均値を推定する原理を説明するための概念図である。複数回にわたって被検体を介して放射線を検出器に所定期間ずつ照射して複数枚のデジタル画像信号を取得する。ここで、所定期間に照射される放射線は一定であり、被写体は動きがないものと仮定する。図６には、得られたデジタル画像信号のうち、任意の一画素を選択し、選択した画素から得られたデジタル信号値（以下、画素値あるいは信号値をいう）の時系列が示されている。上記仮定の下では、理想的には画素値は一定となるはずであるが、図６に示されるように、実際には画素値の時系列にばらつきが生じる。このばらつきには、量子ノイズが含まれる。
【００３３】
量子ノイズは、単位時間当たりの放射線量子の数（例えばＸ線フォトンの数）がばらつくことによって生じる。放射線量子の数のばらつきは、離散的な事象に対する単位時間当たりの生起確率として考えると、所与の時間間隔で発生する離散的な事象を数える特定の確率変数を持つ離散確率分布であるポアソン分布に従う。定数λ＞０に対し、自然数を値にとる確率変数が所望の条件を満たすとき、この確率変数はパラメータλのポアソン分布に従う。
【００３４】
例えば、単位時間あたりに任意の一画素に照射される放射線量子の数の期待値が１０個である場合、実際に単位時間あたりに任意の一画素に照射される放射線量子の数は、１２個、５個、１３個、１１個・・・といったように、ばらつく。そのような場合、先の例に示したように、あるエネルギーの１個の放射線量子に応じて出力されたデジタル信号の値が３０ＬＳＢだったとすると、実際の画素値は、３６０ＬＳＢ、１５０ＬＳＢ、３９０ＬＳＢ、３３０ＬＳＢ・・・といったように、ばらつく。このような例の場合、取得される画素値の数であるサンプル数を無限に増やすと、画素値の期待値は３００ＬＳＢであり、ばらつき（以下分散という）は９０００ＬＳＢとなる。
【００３５】
また、例えば、単位時間あたりに任意の一画素に照射される放射線量子の量子数の期待値が３個で、あるエネルギーの１個の放射線量子に応じて出力されたデジタル信号の値が１００ＬＳＢだった場合を考える。この場合、サンプル数を無限に増やすと、画素値の期待値は３００ＬＳＢであり、ばらつき（以下、分散という）は３００００ＬＳＢとなる。
【００３６】
すなわち、画素値の平均値が同じであっても、エネルギーが大きい放射線量子で形成された画素の方が画素値の分散が大きくなる。これを利用して、Ｘ線フォトン等の放射線量子のエネルギーを推定することができる。
【００３７】
以下、放射線量子のエネルギーを推定する方法を更に詳細に説明する。まず、放射線撮像システム１の放射線撮像装置１０（検出器１０１）にＴ（Ｔは２以上の自然数）回の放射線照射を行い、放射線撮像装置１０からＴ枚のデジタル画像信号が取得されたものとする。ここで、ｔ（ｔは２以上Ｔ以下の自然数）枚目のデジタル画像信号のある画素の画素値をＩ（ｔ）とし、当該画素に到達して吸収された放射線量子の量子数の合計をＮ個、放射線量子のエネルギーをＥとすると、以下の式（１）が成り立つ。
【００３８】
Ｅ×Ｎ＝ΣＩ（ｔ）  ・・・（１）
式（１）より、１枚のデジタル画像信号の当該画素に到達して吸収された放射線量子の量子数の相加平均をｎＡｖｅとすると、以下の式（２）で表される。
【００３９】
ｎＡｖｅ＝Ｎ／Ｔ＝ΣＩ（ｔ）／Ｅ／Ｔ  ・・・（２）
また、式（１）より、１枚のデジタル画像信号の当該画素に到達して吸収された放射線量子の量子数の標本分散をｎＶａｒとすると、以下の式（３）で表される。
【００４０】
ｎＶａｒ＝Σ［｛Ｉ（ｔ）／Ｅ−ｎＡｖｅ｝２］／Ｔ  ・・・（３）
ここで、ポアソン分布では、期待値及び分散がパラメータλに等しい。また、サンプル数が大きくなるほど、相加平均は期待値に近づき、標本分散は分散に近づく。そこで、サンプル数を十分大きく（好ましくは無限大）として、放射線量子の量子数の相加平均ｎＡｖｅと放射線量子の量子数の標本分散をｎＶａｒとが等しいものと近似すると、式（２）と式（３）が等しいという仮定により、以下の式（４）が導かれる。
【００４１】
Ｅ＝Σ｛Ｉ（ｔ）２｝／Σ｛Ｉ（ｔ）｝−Σ｛Ｉ（ｔ）｝／Ｔ  ・・・（４）
このようにして、任意のｔ枚目のデジタル画像信号のある画素の画素値Ｉ（ｔ）より、当該画素に到達して吸収された放射線量子のエネルギーＥを推定して算出することができる。
【００４２】
また、画素値Ｉ（ｔ）の相加平均をＩＡｖｅとすると、画素値Ｉ（ｔ）の相加平均ＩＡｖｅは、放射線量子の量子数の相加平均ｎＡｖｅを用いて、以下の式（５）で表される。
【００４３】
ＩＡｖｅ＝ｎＡｖｅ×Ｅ  ・・・（５）
また、画素値の標本分散をＩＶａｒとすると、画素値の標本分散ＩＶａｒは放射線量子の量子数の標本分散をｎＶａｒより、以下の式（６）で表される。
【００４４】
ＩＶａｒ＝ｎＶａｒ×Ｅ２  ・・・（６）
したがって、当該画素に到達して吸収された放射線量子のエネルギー（平均エネルギー）Ｅは、以下の式（７）で表される。
【００４５】
Ｅ＝ＩＶａｒ／ＩＡｖｅ  ・・・（７）
図７（ａ）には、ブリンカーノイズがない場合における放射線撮像装置１０から出力される複数枚のデジタル画像信号における１つの画素の画素値Ｉ（ｔ）が例示されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）の画素値Ｉ（ｔ）の分布（ヒストグラム）が示されている。この分布は、ポアソン分布に従っている。
【００４６】
図８（ａ）には、ブリンカーノイズがある場合に放射線撮像装置１０から出力される複数枚のデジタル画像信号における１つの画素の画素値Ｉ（ｔ）が例示されている。図８（ｂ）は、図８（ａ）の画素値Ｉ（ｔ）の分布（ヒストグラム）が示されている。この分布は、ポアソン分布に従っている。ブリンカーノイズが発生した場合、画素値が通常の画素値よりも大きくなる。これは、ブリンカーノイズが発生した場合、光電変換素子２０１に入射する可視光による成分に対して、光電変換素子２０１に入射する放射線量子による成分（ブリンカーノイズによる成分）が加算されるためである。
【００４７】
以上の説明は、複数の信号値（画素値（Ｉ（ｔ））が複数の光電変換素子２０１における任意の光電変換素子によって互いに異なる時間に生成されるものとしてなされている。しかしながら、複数の信号は、複数の光電変換素子２０１における互いに異なる光電変換素子によって生成されてもよい。
【００４８】
ブリンカーノイズがある場合、画素値Ｉ（ｔ）の分布は、図８（ｂ）に例示されるように、ポアソン分布から乖離した分布となりうる。ブリンカーノイズによってポアソン分布から乖離した分布を有する画素値Ｉ（ｔ）から得られる相加平均をＩＡｖｅおよび標本分散ＩＶａｒに基づいて式（７）に従って放射線量子のエネルギーＥを求めても、正確なエネルギーＥは得られない。そこで、本実施形態では、処理部１３１は、放射線撮像装置１０（検出器１０１）から提供される複数の信号値（画素値）からなる信号値群におけるブリンカーノイズの影響が低減されるように該信号値群を修正して修正信号値群を生成するように構成されうる。また、処理部１３１は、修正信号群に基づいて、検出器１０１に入射した放射線量子のエネルギーを求めるように構成されうる。ここで、処理部１３１は、修正信号値群を構成する信号値の分布の特徴を示す特徴量（例えば、修正信号値群を構成する信号値（画素値）の相加平均ＩＡＶＥおよび標本分散ＩＶａｒ）に基づいてエネルギーＥを求めるように構成されうる。
【００４９】
第１実施形態では、処理部１３１は、放射線撮像装置１０（検出器１０１）から提供される複数の信号値から所定の基準に従って選択される信号を除外するか、該信号値を元の信号値よりも小さい信号値に変更することによって修正信号値群を求める。より具体的には、処理部１３１は、例えば、放射線撮像装置１０（検出器１０１）から提供される複数の信号値から閾値Ｔｔｈを越える信号値を除外するか、該信号値を元の信号値よりも小さい信号値に変更することによって修正信号値群を求める。ここで、元の信号値よりも小さい信号値は、例えば、信号値群を構成する複数の信号の代表値（例えば、平均値、中央値、最頻値）、又は、閾値Ｔｔｈに応じた信号値とすることができる。閾値Ｔｔｈは、実験等に基づいて決定されうる。あるいは、閾値Ｔｔｈは、仮決定された閾値Ｔｔｈを使って修正信号値群を求め、その修正信号値群を構成する複数の信号値の分布とポアソン分布との乖離量を評価しながら、乖離量が基準値に収まるまで閾値Ｔｔｈを最適化することによって決定されてもよい。
【００５０】
図９には、処理部１３１によって実行される処理が例示されている。工程Ｓ９０１では、処理部１３１は、読出期間ＸＲで検出器１０１から読み出された放射線信号と読出期間ＦＲで検出器１０１から読み出された信号との差分を計算することによって、オフセットが除去された放射線画像信号（デジタル画像信号）を取得する。ここで、処理部１３１は、複数（複数フレーム）の放射線画像信号を取得するように構成されうる。複数の放射線画像信号は、例えば、各画素に関して、複数の信号からなる信号群を含む。
【００５１】
工程Ｓ９０２では、処理部１３１は、工程Ｓ９０１で取得した複数の放射線画像信号における各信号値群を前述のように処理することによって各画素について修正信号値群を生成する。工程Ｓ９０３では、処理部１３１は、工程Ｓ９０２で生成した各画素について修正信号値群から特徴量を求める。特徴量は、修正信号値群を構成する複数の信号値の分布の特徴を示す量であり、例えば、修正信号値群を構成する信号値（画素値）の相加平均ＩＡＶＥおよび標本分散ＩＶａｒ）である。工程Ｓ９０４では、処理部１３１は、工程Ｓ９０３で求めた特徴量に基づいて、式（７）に従ってエネルギーＥを求めることができる。エネルギーＥを各画素について求めることによって、エネルギー分解された放射線画像を得ることができる。
【００５２】
修正信号値群を得る方法は、上記のように閾値を利用する方法の他にも種々の方法が採用されうる。例えば、信号値群を構成する複数の信号値を降順でソートし、ソート結果における上位の信号値を除去する方法がある。除去する信号値の個数は、ブリンカーノイズの発生頻度に基づいて決定されうる。ブリンカーノイズは、シンチレータ２１０を透過した放射線が光電変換素子２０１に吸収されることで発生するため、シンチレータ２１０に入射した放射線量、シンチレータ２１０の厚さ、光電変換素子２０１の量子効率等に基づいて発生頻度を推定することができる。例えば、シンチレータ２１０が厚さ１０００ｕｍのＣｓＩで構成され、光電変換素子２０１Ｓｉで構成され、放射線がＸである場合を考える。この場合、シンチレータ２１０に入射したＸ線の約２０％が透過し、その１％未満が光電変換素子（ｐｍオーダーの波長の光に対し、感度を殆どもたない）に吸収され、ブリンカーノイズとなる。
【００５３】
修正信号値群は、ブリンカーノイズ成分が略一定である場合（光電変換素子が特定エネルギーの放射線のみを吸収する場合）は、放射線撮像装置１０から提供された信号値のうち閾値を越えた信号値からブリンカーノイズ成分を減じることによって得られてもよい。ブリンカーノイズ成分は、図８（ａ）のようなブリンカーノイズ発生時の信号値から図７（ａ）のような未発生時の信号値を減じることによって決定されうる。
【００５４】
以下、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、図１０（ａ）、（ｂ）に例示されるように、ブリンカーノイズ成分が量子ばらつきに対して小さく、ブリンカーノイズ発生時の信号値と未発生時の信号値とが近い場合に有効な修正信号値群の生成方法（工程Ｓ９０２）を提供する。第２の実施形態では、ブリンカーノイズ成分を含む信号値が信号値群を構成する複数の信号値の分布の代表値（中央値、最頻値、平均値等）より大きい信号値を有することを利用して信号値群から修正信号値群を生成する。
【００５５】
図１１には、第２実施形態における修正信号値群の生成方法（工程Ｓ９０２）が視覚的に説明されている。図１１の左側には、放射線撮像装置１０から提供される信号値群を構成する複数の信号値の分布が例示されている。図１１の右側には、左側の信号値群に基づいて工程Ｓ９０２で処理部１３１によって生成される修正信号値群を構成する複数の信号値の分布が例示されている。
【００５６】
ブリンカーノイズ成分を含む信号値は、本発明者による実験によれば、信号値群を構成する複数の信号値の代表値より大きい。よって、信号値群を構成する複数の信号値の分布における中央値と最小値の間の区間（代表値と最小値との間の第１区間）の信号値には、ブリンカーノイズ成分が含まれていない可能性が高い。そこで、処理部１３１は、信号値群を構成する複数の信号値における代表値と該複数の信号値における最小値との間の第１区間の信号値に基づいて、代表値と該複数の信号値における最大値との間の第２区間に対応する、修正信号値群における信号値を決定しうる。例えば、処理部１３１は、修正信号値群を構成する複数の信号値の分布が、代表値を対称軸として対称になるように、修正信号値群を生成しうる。
【００５７】
以下、図１２を参照しながら第２実施形態における修正信号値群の生成方法（工程Ｓ９０２）を実現するための処理部１３１の動作例を説明する。なお、ここでは代表値として中央値を採用したが、代表値として最頻値または平均値等を採用しても大きな差はない。
【００５８】
処理部１３１は、まず、図１２（ａ）に示されるように、信号値群を構成する複数の信号値を昇順にソートし、ｄａｔａ［０］…ｄａｔａ［ｎ］からなるデータ列を生成する。図１２（ａ）において、複数の信号値における中央値は、ｄａｔａ［ｍ］＝Ｘｍとして示されている。次いで、処理部１３１は、中央値Ｘｍと中央値Ｘｍより小さい信号値との差分Δ０〜Δｍ−１を計算する。次いで、処理部１３１は、図１２（ｂ）に示されるように、信号値群を構成する複数の信号値のうち中央値Ｘｍより大きい信号値を差分Δ０〜Δｍ−１に基づいて決定して、修正信号値群を生成する。具体的には、処理部１３１は、中央値と最大値との間の第２区間における信号値の分布が中央値より小さい第１区間における信号値の分布と対称になるように修正信号値群を生成する。より具体的には、処理部１３１は、第２区間の信号値であるｄａｔａ［ｍ＋ｉ］を、中央値ＸｍとΔｍ−ｉとを加算することによって修正信号群を生成する。
【００５９】
以下、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態は、第２実施形態と同様に、ブリンカーノイズ成分が量子ばらつきに対して小さく、ブリンカーノイズ発生時の信号値と未発生時の信号値とが近い場合に有効な修正信号値群の生成方法（工程Ｓ９０２）を提供する。第３実施形態は、第２実施形態の変形例としても理解されうる。
【００６０】
図１３には、第３実施形態における修正信号値群の生成方法（工程Ｓ９０２）が視覚的に説明されている。図１３において、１３０１は、放射線撮像装置１０から提供される信号値群を構成する複数の信号値の分布であり、１３０２は、１３０１から第２実施形態と同様の方法で生成された候補信号値群である。１３０３は、信号値群１３０１と、信号値群１３０１に基づいて生成された候補信号値群１３０２とに基づいて生成された修正信号値群である。第２実施形態では、前述のように、候補信号値群と同様の修正信号値群が生成される。一方、第３実施形態では、処理部１３１は、信号値群１３０１を構成する信号値と候補信号値群１３０２を構成する信号値との差が所定値より小さい区間については、信号値群１３０１を構成する信号値を変更しないで、そのまま修正信号値群１３０３の信号値とする。一方、信号値群１３０１を構成する信号値と候補信号値群１３０２を構成する信号値との差が所定値より大きい区間については、処理部１３１は、信号値群１３０１を構成する信号値を、候補信号値群１３０２を構成する候補信号値で置き換える。信号値群１３０１を構成する信号値と候補信号値群１３０２を構成する信号値との差は、図１２（ａ）のｄａｔａ［ｍ＋ｉ］と図１２（ｂ）のｄａｔａ［ｍ＋ｉ］との差である（ｉ＝１・・・）。
【００６１】
第３実施形態によれば、第２実施形態に比べて信号値の変更が少ないので、実際の信号値（検出器１０１によって検出された信号値）により忠実に、放射線量子のエネルギーを求めることができる。
【００６２】
最後に、ブリンカーノイズの発生頻度は、シンチレータ２１０と光電変換素子２０１との間にＦＯＰ（ファイバー・オプティック・プレート）を組み込むことで低減することができる。ＦＯＰは、数ｕｍピッチのファイバを集合したガラス板であり、可視光を散乱させずに透過する一方で放射線を吸収する。ただし、１００ｋＶを超えるような高エネルギーの放射線を完全に吸収することは難しいため、ＦＯＰを組み込む場合でも、前述のようなブリンカーノイズの影響を低減する技術が有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１：放射線撮像システム、１０：放射線撮像装置、１０１：検知部、１３：制御装置、１３１：処理部
【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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