(57)【要約】      （修正有）【課題】放射線撮像装置において、エネルギサブトラクション画像の画質の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】複数の画素１１２を含む撮像部１１１と、制御部１３０と、を含む放射線撮像装置１００で、複数の画素１１２は、変換部および変換部で生成された画像用信号を保持するサンプルホールド回路を備え、制御部１３０は、撮像部１１１に１つのエネルギサブトラクション画像を生成する第１の撮像および第１の撮像の後に行われる第２の撮像を行わせ、放射線の照射条件に応じて、第１の撮像によって取得される第１の画像用信号に含まれるノイズ量と第２の撮像によって取得される第２の画像用信号に含まれるノイズ量との差が小さくなるように、第１の撮像においてサンプルホールド回路が第１の画像用信号をサンプリングするタイミングおよび第２の撮像においてサンプルホールド回路が第２の画像用信号をサンプリングするタイミングを制御する。【選択図】図２
2019037581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を含む撮像部と、制御部と、を含む放射線撮像装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、入射する放射線に応じた画像用信号を生成するための変換部および前記変換部で生成された画像用信号を保持するためのサンプルホールド回路を備え、
前記制御部は、
前記撮像部に１つのエネルギサブトラクション画像を生成するための第１の撮像および前記第１の撮像の後に行われる第２の撮像を行わせ、
予め設定された放射線の照射条件に応じて、前記第１の撮像によって取得される第１の画像用信号に含まれるノイズ量と前記第２の撮像によって取得される第２の画像用信号に含まれるノイズ量との差が小さくなるように、前記第１の撮像において前記サンプルホールド回路が前記第１の画像用信号をサンプリングするタイミングおよび前記第２の撮像において前記サンプルホールド回路が前記第２の画像用信号をサンプリングするタイミングを制御することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記放射線の照射条件が、前記第１の撮像および前記第２の撮像における放射線のエネルギ値および放射線の照射時間を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記第１の撮像および前記第２の撮像が、１回の放射線の照射の間に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記放射線の照射条件が、放射線のエネルギの時間変化を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記放射線撮像装置は読出回路をさらに含み、
前記制御部は、サンプルホールド回路に保持された前記第１の画像用信号を前記第２の撮像を行う間に前記読出回路に読み出させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第１の画像用信号のうち所定の領域の画像用信号の標準偏差に基づいて前記第１の画像用信号に含まれるノイズ量を決定し、
決定したノイズ量に応じて、前記第２の撮像における前記第２の画像用信号をサンプリングするタイミング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装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の画像用信号のうち透過線量が少ない領域の画像用信号を前記所定の領域の画像用信号として用いることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記第１の画像用信号および前記第２の画像用信号をサンプリングするタイミングが、所定の関係式に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記放射線撮像装置は、信号処理部をさらに含み、
前記信号処理部は、エネルギサブトラクション画像を生成する際に前記第２の画像用信号に補正係数を適用し、
前記制御部は、補正係数が適用された前記第２の画像用信号のノイズ量が前記第１の画像用信号のノイズ量の１／３倍以上かつ３倍以下になるタイミングで、前記サンプルホールド回路が前記第１の画像用信号および前記第２の画像用信号をサンプリングするように制御することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
複数の画素を含む撮像部と、読出回路と、信号処理部と、制御部と、を含む放射線撮像装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、入射する放射線に応じた画像用信号を生成するための変換部および前記変換部で生成された画像用信号を保持するためのサンプルホールド回路を備え、
前記制御部は、
前記撮像部に、１回の放射線の照射中に複数回の撮像を行わせ、
前記複数回の撮像のそれぞれにおいて前記サンプルホールド回路がサンプリングした複数の画像用信号を、前記読出回路に読み出させ、
前記信号処理部は、
前記読出回路によって読み出された複数の画像用信号を、前記複数の画像用信号のそれぞれの放射線のエネルギの情報と、前記複数の画像用信号のそれぞれに含まれるノイズ量と、に応じて振り分け、それぞれ第１の画像用信号と第２の画像用信号とに合成し、
前記第１の画像用信号と、前記第２の画像用信号と、を用いてエネルギサブトラクション画像を生成することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記信号処理部は、
前記複数の画像用信号から前記第１の画像用信号および前記第２の画像用信号の複数の組み合わせを生成し、
前記複数の組み合わせから複数のエネルギサブトラクション画像を生成し、
前記複数のエネルギサブトラクション画像のうち含まれるノイズ量の最も小さい画像を前記信号処理部から出力することを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記信号処理部は、前記放射線のエネルギの情報として、前記複数の画像用信号のそれぞれの放射線のエネルギが高い部分と低い部分との差の順に応じて、前記複数の画像用信号を前記第１の画像用信号として合成される信号と前記第２の画像用信号として合成される信号とに振り分けることを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
前記信号処理部は、前記放射線のエネルギの情報として、前記複数の画像用信号のそれぞれの放射線のエネルギが高い部分のエネルギ値の順に応じて、前記複数の画像用信号を前記第１の画像用信号として合成される信号と前記第２の画像用信号として合成される信号とに振り分けることを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】
前記信号処理部は、前記第１の画像用信号のノイズ量が前記第２の画像用信号のノイズ量の１／３倍以上かつ３倍以下になるように、前記複数の画像用信号を前記第１の画像用信号として合成される信号と前記第２の画像用信号として合成される信号とに振り分けることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１５】
前記第１の画像用信号および前記第２の画像用信号のノイズ量が、所定の関係式に基づいて決定されることを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮像装置。
【請求項１６】
前記第１の画像用信号および前記第２の画像用信号が、複数の画像用信号のうち前記第１の画像用信号および前記第２の画像用信号として合成される信号をそれぞれ平均化または加重平均化することによって生成されることを特徴とする請求項１０乃至１５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
放射線を照射するための放射線源と、
を含む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、放射線撮像装置および放射線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療画像診断や非破壊検査において、半導体材料によって構成される平面検出器（フラットパネルディテクタ：ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が広く使用されている。ＦＰＤを用いた撮影方法のひとつに、エネルギ成分が異なる放射線を用いて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。複数の放射線画像を撮像する時間間隔は、静止画撮像用の放射線撮像装置では数秒以上、通常の動画用の放射線撮像装置では１００ミリ秒程度であり、高速の動画用の放射線撮像装置でも１０ミリ秒程度である。この時間間隔において被写体が動くと、その動きによってアーチファクトが生じてしまう。したがって、心臓などのように動きが速い被写体のエネルギサブトラクション画像を得ることは難しい。特許文献１には、動きが速い被写体のエネルギサブトラクション画像を得るために、先の撮像の信号をサンプルホールドノードに転送し、次の撮像の信号を蓄積する間に先の信号をサンプルホールドノードから読み出すことが示されている。特許文献１のＸ線撮影のシステムは、先の撮像の信号の読み出しと、次の撮像の信号の蓄積とを並列に行うことによって、２つの撮像の間隔を短くし、動きが速い被写体のエネルギサブトラクション画像を取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５０４２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エネルギサブトラクション画像に含まれるノイズは、高エネルギの放射線で撮像した放射線画像と低エネルギの放射線で撮像した放射線画像とのそれぞれのノイズ量に依存する。エネルギサブトラクション画像の画質を向上するためには、高エネルギ画像と低エネルギ画像とのそれぞれの画像に含まれるノイズ量を考慮する必要がある。特許文献１には、それぞれの撮像で得られる信号に含まれるノイズ量について言及していない。
【０００５】
本発明は、放射線撮像装置において、エネルギサブトラクション画像の画質の向上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】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、複数の画素を含む撮像部と、制御部と、を含む放射線撮像装置であって、複数の画素のそれぞれは、入射する放射線に応じた画像用信号を生成するための変換部および変換部で生成された画像用信号を保持するためのサンプルホールド回路を備え、制御部は、撮像部に１つのエネルギサブトラクション画像を生成するための第１の撮像および第１の撮像の後に行われる第２の撮像を行わせ、予め設定された放射線の照射条件に応じて、第１の撮像によって取得される第１の画像用信号に含まれるノイズ量と第２の撮像によって取得される第２の画像用信号に含まれるノイズ量との差が小さくなるように、第１の撮像においてサンプルホールド回路が第１の画像用信号をサンプリングするタイミングおよび第２の撮像においてサンプルホールド回路が第２の画像用信号をサンプリングするタイミングを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記手段によって、放射線撮像装置において、エネルギサブトラクション画像の画質の向上に有利な技術を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の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】図１の放射線撮像装置の構成例を示す図。
【図３】図１の放射線撮像装置の画素の構成例を示す図。
【図４】図１の放射線撮像システムの動作例を示す図。
【図５】図１の放射線撮像システムにおいて、エネルギサブトラクション画像を撮像する際の放射線の照射条件の例を示す図。
【図６】高エネルギ画像と低エネルギ画像とのノイズと、エネルギサブトラクション画像のノイズと、の関係を示す図。
【図７】図１の放射線撮像装置を用いたエネルギサブトラクション画像の撮像のフローを示す図。
【図８】放射線の波形例を示す図。
【図９】図１の放射線撮像装置を用いたエネルギサブトラクション画像の撮像のフローを示す図。
【図１０】図１の放射線撮像システムの動作例を示す図。
【図１１】画像用信号を高エネルギ画像用信号と低エネルギ画像用信号とに振り分ける概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。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。
【００１０】
第１の実施形態
図１〜６を参照して、本発明の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、本発明の第１の実施形態における放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システム１０１の構成例を示す図である。本実施形態において、放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システム１０１は、エネルギサブトラクション法によって放射線画像を得るためのシステムである。エネルギサブトラクション法は、被写体に異なるエネルギを有する放射線を用いた複数回の撮像によって得られた複数の放射線画像を処理することによって、新たな放射線画像（例えば、骨画像および軟部組織画像）を得る方法である。放射線撮像システム１０１は、放射線撮像装置１００に入射する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（画像用信号）を得るように構成される。
【００１１】
放射線撮像システム１０１は、放射線撮像装置１００、放射線を照射するための放射線源４００、放射線源４００を制御する曝射制御部３００、曝射制御部３００（放射線源４００）および放射線撮像装置１００を制御するシステム制御部３５０を含む。
【００１２】
システム制御部３５０は、コンピュータ（プロセッサ）と、該コンピュータに提供するプログラムを格納したメモリとによって構成されうる。また、システム制御部３５０は、放射線撮像装置１００から供給される信号を処理する信号処理部３５２を含む。信号処理部３５２は、システム制御部３５０のメモリに格納されたプログラムの一部によって構成されうる。また、信号処理部３５２は、システム制御部３５０から独立して配され、コンピュータ（プロセッサ）と、該コンピュータに提供するプログラムを格納したメモリとによって構成されてもよい。システム制御部３５０の全部または一部は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）によって構成されてもよい。システム制御部３５０および信号処理部３５２は、その動作を記述したファイルに基づいて論理合成ツールによって設計され製造されてもよい。また、システム制御部３５０は、放射線撮像システム１０１のユーザインタフェースとして機能してもよい。この場合、システム制御部３５０は、例えば、ユーザが放射線画像を取得するための撮像の条件を入力するための入力部や、入力した情報を確認するためのディスプレイなどの表示部を含みうる。
【００１３】
曝射制御部３００は、放射線源４００による放射線の照射を制御する。曝射制御部３００は、例えば、曝射スイッチを有し、曝射スイッチがユーザによってオンされることに応じて放射線源４００に放射線を放射させるとともに、放射線が放射されるタイミングを示す情報をシステム制御部３５０に通知してもよい。また、曝射制御部３００は、システム制御部３５０からの指令に応じて放射線源４００に放射線を放射させてもよい。
【００１４】
放射線源４００は、放射線のエネルギ（波長）を変更する機能を有する。放射線源４００は、曝射制御部３００の制御に従って、例えば、管電圧（放射線源４００の陰極と陽極との間に印加する電圧）を変更することによって、放射線のエネルギを変更しうる。放射線源４００は、互いに異なる複数のエネルギ値を有する放射線を放射することができる。
【００１５】
放射線撮像装置１００は、複数の画素を含む画素アレイ１１０を備える。複数の画素のそれぞれは、入射する放射線を電気信号（例えば、電荷）に変換する変換部と、変換部をリセットするリセット部と、変換部で生成された画像用信号を保持するためのサンプルホールド回路と、を含む。それぞれの画素は、放射線を直接に電気信号に変換するように構成されてもよいし、放射線を可視光などの光に変換した後に、変換された光を電気信号に変換するように構成されてもよい。後者においては、放射線を光に変換するためのシンチレータが利用されうる。シンチレータは、画素アレイ１１０を構成する複数の画素によって共有されうる。
【００１６】
図１に示される構成例において、放射線撮像装置１００とシステム制御部３５０とは、互いに独立した形で配されているが、システム制御部３５０の機能の全部または一部が、放射線撮像装置１００に組み込まれていてもよい。また、放射線撮像装置１００の機能の一部が、システム制御部３５０に組み込まれていてもよい。
【００１７】
図２は、放射線撮像装置１００の構成例を示す。放射線撮像装置１００は、撮像部１１１と撮像部１１１を制御するための制御部１３０とを含む。撮像部１１１は、複数の画素１１２を有する画素アレイ１１０、行選択回路１２０、読出回路１４０、列選択回路１５０、増幅部１６０、ＡＤ変換器１７０を含む。
【００１８】
画素アレイ１１０において、複数の画素１１２は、アレイ状に複数の行および複数の列を構成するように配される。図２に示す構成において、画素アレイ１１０には、８行×８列の画素１１２で構成されているが、実際には、より多くの画素１１２が配されうる。一例において、画素アレイ１１０は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素１１２を有しうる。
【００１９】
行選択回路１２０は、複数の画素１１２の配された画素アレイ１１０のうち信号を出力する行を選択する。行選択回路１２０は、行制御信号線１２２を駆動することによって行を選択する。読出回路１４０は、画素アレイ１１０の複数の行のうち行選択回路１２０によって選択された行の画素１１２から信号を読み出す。読出回路１４０は、画素アレイ１１０の複数の列信号線１１４に出力される複数列分の信号を読み出す。それぞれの列の列信号線１１４は、例えば、画素１１２で検出された複数の画像用信号を伝達する複数の信号線を含みうる。列信号線１１４に含まれる複数の信号線には、例えば、画素１１２で検出された放射線に応じた画像用信号、画素１１２の熱雑音などのノイズレベルが、それぞれ出力されうる。読出回路１４０は、列信号線１１４に出力された画像用信号とノイズレベルとをそれぞれ読み出すように構成されうる。列選択回路１５０は、読出回路１４０によって画素アレイ１１０の選択された行の画素１１２から読み出された複数列分の信号を所定の順に選択する。増幅部１６０は、列選択回路１５０によって選択された信号を増幅する。ここで、読出回路１４０が画素１１２から画像用信号およびノイズレベルの対を読み出す場合、増幅部１６０は、対をなす画像用信号とノイズレベルとの差分を増幅する差動増幅器として構成されてもよいし、それらを個別に増幅するように構成されてもよい。ＡＤ変換器１７０は、増幅部１６０から出力される信号ＯＵＴをＡＤ変換し、画像用信号としてデジタル信号ＤＯＵＴを出力する。制御部１３０は、行選択回路１２０、読出回路１４０、列選択回路１５０および増幅部１６０を制御し、撮像部１１１の画素アレイ１１０に配された画素１１２で生成される画像用信号を放射線撮像装置１００から出力させる。
【００２０】
図３は、画素アレイ１１０に配される１つの画素１１２の構成例を示す。画素１１２は、変換素子２１０、リセットスイッチ２２０、増幅回路２３０、感度変更部２４０、クランプ回路２６０、サンプルホールド回路２７０、２８０、２９０、出力回路３１０を含む。
【００２１】
変換素子２１０は、入射する放射線を電気信号（画像用信号）に変換する変換部として機能する。変換素子２１０は、例えば、複数の画素で共有される放射線を光に変換するシンチレータと、変換された光を電気信号に変換する光電変換素子と、で構成されうる。変換素子２１０は、放射線から変換された電気信号（電荷）、即ち放射線に応じた電気信号を蓄積する電荷蓄積部を有し、電荷蓄積部は、増幅回路２３０の入力端子に接続されている。
【００２２】
増幅回路２３０は、トランジスタ２３５、２３６、電流源２３７を含む。トランジスタ２３５は、トランジスタ２３６を介して電流源２３７に接続されている。トランジスタ２３５および電流源２３７によってソースフォロア回路が構成される。トランジスタ２３６は、イネーブル信号ＥＮが活性化されることによってオンし、トランジスタ２３５および電流源２３７によって構成される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。変換素子２１０の電荷蓄積部およびトランジスタ２３５のゲートは、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ＣＶＣとして機能する。即ち、電荷電圧変換部ＣＶＣには、電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部ＣＶＣ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ＣＶＣは、リセットスイッチ２２０を介してリセット電位ＶＲＥＳに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳが活性化されるとリセットスイッチ２２０がオンして、電荷電圧変換部ＣＶＣの電位がリセット電位ＶＲＥＳにリセットされる。リセットスイッチ２２０は、変換素子２１０の電荷蓄積部に接続された第１主電極（ドレイン）と、リセット電位ＶＲＥＳが与えられる第２主電極（ソース）と、制御電極（ゲート）とを有するトランジスタを含みうる。該トランジスタは、該制御電極にオン電圧が与えられることによって該第１主電極と該第２主電極とを導通させて変換素子２１０の電荷蓄積部をリセットする。
【００２３】
クランプ回路２６０は、クランプ容量２６１、トランジスタ２６２、２６３、２６４、電流源２６５を含む。クランプ回路２６０は、リセットされた電荷電圧変換部ＣＶＣの電位に応じて増幅回路２３０から出力されるリセットノイズレベルをクランプ容量２６１によってクランプする。クランプ回路２６０は、変換素子２１０で変換された電荷（電気信号）に応じて増幅回路２３０から出力される画像用信号からリセットノイズレベルをキャンセルするための回路である。リセットノイズレベルは、電荷電圧変換部ＣＶＣのリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプ動作は、クランプ信号ＰＣＬを活性化することによってトランジスタ２６２をオンさせた後に、クランプ信号ＰＣＬを非活性化することによってトランジスタ２６２をオフさせることによってなされる。クランプ容量２６１の出力側は、トランジスタ２６３のゲートに接続されている。トランジスタ２６３のソースは、トランジスタ２６４を介して電流源２６５に接続されている。トランジスタ２６３と電流源２６５とによってソースフォロア回路が構成されている。トランジスタ２６４は、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０が活性化されることによってオンして、トランジスタ２６３と電流源２６５とによって構成される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。
【００２４】
出力回路３１０は、トランジスタ３１１、３１３、３１５、行選択スイッチ３１２、３１４、３１６を含む。トランジスタ３１１、３１３、３１５は、それぞれ、列信号線１１４の信号線３２１、３２２、３２３に接続された不図示の電流源とともにソースフォロア回路を構成する。
【００２５】
変換素子２１０で発生した電荷に応じてクランプ回路２６０から出力される画像用信号は、サンプルホールド回路２８０によって保持（サンプルホールド）されうる。サンプルホールド回路２８０は、スイッチ２８１および容量２８２を含む。スイッチ２８１は、サンプルホールド信号ＴＳ１が活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力される画像用信号は、サンプルホールド信号ＴＳ１が活性化されることによって、スイッチ２８１を介して容量２８２に書き込まれる。図３に示される構成では、画素１１２は、画像用信号を書き込むための追加のサンプルホールド回路２９０を含みうる。サンプルホールド回路２９０には、サンプルホールド回路２８０がサンプリングした画像用信号とは別の画像用信号がサンプリングされてもよい。変換素子２１０で発生した電荷に応じてクランプ回路２６０から出力される画像用信号は、サンプルホールド回路２９０によってサンプルホールドされうる。サンプルホールド回路２９０は、スイッチ２９１および容量２９２を含む。スイッチ２９１は、サンプルホールド信号ＴＳ２が活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力される画像用信号は、サンプルホールド信号ＴＳ２が活性化されることによって、スイッチ２９１を介して容量２９２に書き込まれる。画素１１２は、画像用信号を書き込むためのさらに追加のサンプルホールド回路を有してもよい。つまり、画素１１２は、画像用信号を書き込むために、任意の個数のサンプルホールド回路を有していてもよい。リセットスイッチ２２０によって電荷電圧変換部ＣＶＣの電位がリセットされ、トランジスタ２６２がオンした状態では、クランプ回路２６０からは、クランプ回路２６０の熱雑音などのノイズレベル（オフセット成分）が出力される。クランプ回路２６０のノイズレベルは、サンプルホールド回路２７０によってサンプルホールドされうる。サンプルホールド回路２７０は、スイッチ２７１および容量２７２を含む。スイッチ２７１は、サンプルホールド信号ＴＮが活性化されることによってオンする。クランプ回路２６０から出力されるノイズレベルは、サンプルホールド信号ＴＮが活性化されることによって、スイッチ２７１を介して容量２７２に書き込まれる。また、本実施形態では、サンプルホールド回路２７０は、変換素子２１０で発生した電荷に応じてクランプ回路２６０から出力される信号である放射線信号を保持するためにも使用されてもよい。行選択信号ＶＳＴが活性化されると、サンプルホールド回路２７０、２８０、２９０に保持されている信号に応じた信号が、列信号線１１４を構成する信号線３２１、３２２、３２３にそれぞれ出力される。具体的には、サンプルホールド回路２７０によって保持されている信号（ノイズレベルまたは画像用信号）に応じた信号Ｎが、トランジスタ３１１および行選択スイッチ３１２を介して信号線３２１に出力される。また、サンプルホールド回路２８０によって保持されている画像用信号に応じた信号Ｓ１が、トランジスタ３１３および行選択スイッチ３１４を介して信号線３２２に出力される。また、サンプルホールド回路２９０によって保持されている画像用信号に応じた信号Ｓ２が、トランジスタ３１５および行選択スイッチ３１６を介して列信号線３２３に出力される。
【００２６】
画素１１２は、複数の画素１１２の間で信号を加算するための加算スイッチ３０１、３０２、３０３を含んでいてもよい。複数の画素１１２の間で信号を加算する加算モード時は、加算モード信号ＡＤＤＮ、ＡＤＤＳ１、ＡＤＤＳ２が活性化される。加算モード信号ＡＤＤＮの活性化により複数の画素１１２の容量２７２同士が接続され、信号が平均化される。加算モード信号ＡＤＤＳ１の活性化により複数の画素１１２の容量２８２同士が接続され、信号が平均化される。加算モード信号ＡＤＤＳ２の活性化により複数の画素１１２の容量２８７２同士が接続され、信号が平均化される。
【００２７】
さらに、画素１１２は、感度変更部２４０を含みうる。感度変更部２４０は、スイッチ２４１、２４２、容量２４３、２４４、トランジスタ２４５、２４６を含む。変更信号ＷＩＤＥが活性化されると、スイッチ２４１がオンし、電荷電圧変換部ＣＶＣの容量値に容量２４３の容量値が付加される。これによって、画素１１２の感度が低下する。変更信号ＷＩＤＥが活性化される場合には、イネーブル信号ＥＮＷが活性化されてもよい。さらに、変更信号ＷＩＤＥ２も活性化されると、スイッチ２４２もオンし、電荷電圧変換部ＣＶＣの容量値に容量２４４の容量値が付加される。これによって画素１１２の感度がさらに低下する。画素１１２の感度を低下させる機能を追加することによって、ダイナミックレンジを広げることができる。感度変更部２４０に配される容量の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。放射線撮像装置１００に要求されるダイナミックレンジに応じて、適宜設定すればよい。
【００２８】
上述のリセット信号ＰＲＥＳ、イネーブル信号ＥＮ、クランプ信号ＰＣＬ、イネーブル信号ＥＮ０、サンプルホールド信号ＴＮ、ＴＳ１、ＴＳ２、行選択信号ＶＳＴは、制御部１３０の制御によって行選択回路１２０から出力される制御信号である。これらの制御信号は、図２に示されるように、行選択回路１２０から、行制御信号線１２２を介して、画素１１２の対応するトランジスタやスイッチに入力される。
【００２９】
次いで、本実施形態の放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システム１０１の動作について、図４を用いて説明する。図４において、横軸は時間を示す。「放射線エネルギ」は、放射線源４００から放射され、放射線撮像装置１００に照射される放射線の波形を示す。「ＰＲＥＳ」は、リセット信号ＲＰＥＳを示す。「ＴＳ１」は、サンプルホールド信号ＴＳ１を示す。「ＤＯＵＴ」は、ＡＤ変換器１７０の出力を示す。
【００３０】
放射線源４００からの放射線の放射および放射線撮像装置１００の動作の同期は、システム制御部３５０によって制御される。放射線撮像装置１００における動作制御は、制御部１３０によってなされる。
【００３１】
まず、システム制御部３５０に対するユーザの操作に応じて、放射線源４００の管電圧、管電流といった放射線のエネルギ値や放射線の照射時間などの放射線画像を撮像する際の放射線の照射条件が設定される。次いで、リセット信号ＰＲＥＳが活性化される期間にクランプ信号ＰＣＬも所定期間にわたって活性化されて、クランプ回路２６０にノイズレベルがクランプされる。また、リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化されることによって変換素子２１０がリセットされる。
【００３２】
次いで、システム制御部３５０からの制御によって放射線源４００は、互いに異なるエネルギ値を有する放射線５１１および放射線５１２を照射する。本実施形態において、システム制御部３５０の制御によって放射線源４００は、まず、低エネルギのエネルギ値を有する放射線５１１を照射し、次いで、放射線５１１よりも高エネルギのエネルギ値を有する放射線５１２を照射する。しかしながら、照射する放射線のエネルギの順番は、これに限られることはなく、先に高エネルギのエネルギ値を有する放射線を放射線源４００が照射してもよい。また、放射線５１１と放射線５１２とは時間的に連続して照射されてもよいし、互いの放射線５１１、５１２の照射の間に時間間隔があってもよい。放射線５１１、５１２の照射条件は、例えば、図５に示すような照射条件のテーブルが、システム制御部３５０に配された記憶部３５４に保存され、ユーザが被写体に応じて適宜選択してもよい。また、放射線撮像装置１００が被写体の厚さを測定するためのカメラやゲージなどを備えていてもよい。この場合、制御部１３０が、検出された被写体の厚さなどの情報に応じて、テーブルから放射線５１１、５１２の照射条件を選択してもよい。また例えば、放射線の照射条件を選択するために、低線量で事前に被写体の撮像を行い、透過線量から被写体厚などを推定し、制御部１３０が、推定される被写体厚などに応じて、テーブルから放射線５１１、５１２の照射条件を選択してもよい。本実施形態において、２回の放射線の照射が行われるが、これに限られることはない。図８に示すように、１回の放射線８０１の照射の間に放射線の立ち上がり、立ち下がりを利用して、１回目のサンプルホールド信号ＴＳ１の動作前後で放射線８００による撮像、放射線８０２による撮像が行なわれてもよい。
【００３３】
放射線源４００からの放射線の照射に応じて、制御部１３０は、撮像部１１１に１つのエネルギサブトラクション画像を生成するための１回目の撮像および１回目の撮像の後に行われる２回目の撮像を行わせる。まず、放射線５１１の照射後、放射線５１２の照射の前に、制御部１３０からのサンプルホールド信号ＴＳ１に従って、サンプルホールド回路２８０は、放射線５１１の照射によって画素１１２で生成される画像用信号をサンプリングする。その後、リセット信号ＰＲＥＳが所定期間にわたって活性化されることによって変換素子２１０がリセットされる。
【００３４】
次いで、放射線５１２の照射による２回目の撮像が行われる。この間、制御部１３０は、サンプルホールド回路２８０に保持された１回目の撮像で取得した放射線５１２の照射による画像用信号を、放射線５１２の照射による２回目の撮像を行う間に読出回路１４０に読み出させる。その後、放射線５１１の照射による画像用信号は、列選択回路１５０、増幅部１６０、ＡＤ変換器１７０を経て画像用信号５１３として出力される。放射線５１２の照射による画像用信号がサンプルホールド回路２８０から読出回路１４０に読み出された後、サンプルホールド信号ＴＳ１に従って、サンプルホールド回路２８０は、放射線５１２の照射によって画素１１２で生成される画像用信号をサンプリングする。放射線５１２の照射によって生成された画像用信号は、放射線５１１の照射によって生成された画像用信号と同様に処理され、ＡＤ変換器１７０から画像用信号５１４として出力される。このように、１回目の撮像の信号の読み出しと、２回目の撮像の信号の蓄積とを並列に行うことによって、放射線撮像装置１００は、２つの撮像の間隔を短くできる。このため、動きが速い被写体のエネルギサブトラクション画像の取得など、サンプルホールド回路２８０を設けることによって、放射線撮像装置１００の性能を向上することが可能となる。
【００３５】
システム制御部３５０の信号処理部３５２は、画像用信号５１３および画像用信号５１４をエネルギサブトラクション法に従って処理することによって、サブトラクション画像を取得する。ここで、エネルギサブトラクション法としては、種々の方法を採用することができる。例えば、低エネルギの放射線（放射線５１１）による放射線画像と高エネルギの放射線（放射線５１２）による放射線画像との差分を演算することによって骨画像と軟部組織画像とを得ることができる。また、低エネルギの放射線による放射線画像と高エネルギの放射線による放射線画像に基づいて非線形連立方程式を解くことによって骨画像と軟部組織画像とを生成してもよい。また、低エネルギの放射線による放射線画像と高エネルギの放射線による放射線画像とに基づいて造影剤画像と軟部組織画像とを得ることもできる。また低エネルギの放射線による放射線画像と高エネルギの放射線による放射線画像とに基づいて電子密度画像と実効原子番号画像とを得ることもできる。
【００３６】
次に、図５に示す放射線の照射条件のテーブルの作成方法について詳細に説明する。図５に示すように、放射線の照射条件は、例えば、２回の撮像を行う際に照射される放射線のエネルギ値を設定するための管電圧、管電流の値および放射線を照射する照射時間を含む。ここで、高エネルギ画像と低エネルギ画像との四則演算後のエネルギサブトラクション画像のノイズ量は、以下に示される式（１）、式（２）、式（３）で算出することが可能である。ここで、Ｍ１は高エネルギ画像の画素値、ε１は高エネルギ画像のノイズ値、Ｍ２は低エネルギ画像の画素値、ε２は低エネルギ画像のノイズ値である。
【００３７】
【数１】
2019037581.tif 000003
【００３８】
【数２】
2019037581.tif 000004
【００３９】
【数３】
2019037581.tif 000005
【００４０】
本明細書において、エネルギサブトラクション処理の代表的な処理として、ボーンサプレッション処理を行う場合について説明する。ボーンサプレッション処理は、低エネルギ画像と高エネルギ画像とを用いて、得られた放射線画像から骨部を除去する画像処理である。ボーンサプレッション処理において、一般的に、式（４）を用いて画像処理されることが多い。ここで、Ｍｃｏｒはエネルギサブトラクション画像の画素値、εｃｏｒはエネルギサブトラクション画像のノイズ値、Ｉは放射線の照射線量、αは高エネルギ画像と低エネルギ画像との重みづけするための補正係数（定数）である。
【００４１】
【数４】
2019037581.tif 000006
【００４２】
エネルギサブトラクション画像のノイズ値εｃｏｒは、式（４）に式（１）を適用することによって式（５）のように表される。
【００４３】
【数５】
2019037581.tif 000007
【００４４】
相加相乗平均の関係式（式（６））から、式（５）においてエネサブ画像のノイズ値εｃｏｒを最小にするには、式（７）を満たさなければならない。
【００４５】
【数６】
2019037581.tif 000008
【００４６】
【数７】
2019037581.tif 000009
【００４７】
つまり、次に示す式（８）を満たす必要がある。
【００４８】
【数８】
2019037581.tif 000010
【００４９】
【数９】
2019037581.tif 000011
【００５０】
式（９）には、放射線粒子の到達個数がポアソン分布に従うことから、放射線画像のノイズは透過線量の二乗根に比例することが示される。ここで、被写体の被曝線量を増加させずにエネルギサブトラクション画像のノイズのみを低減させることを考えると、式（７）、式（９）を用いて放射線の照射条件を求めることが可能となる。しかしながら、被写体の厚みや物質ごとに高エネルギ画像、低エネルギ画像のそれぞれのノイズ量であるノイズ値ε１、ε２は異なる。このため、必ずしも理想的な放射線の照射条件で撮像が行えるとは限らない。そこで、例えばε１／（α×ε２）が、１／３〜３の範囲に入るように、放射線の照射条件のテーブルを作成する。図６は、低エネルギ画像のノイズ量と高エネルギ画像のノイズ量とに対するエネルギサブトラクション画像のノイズ量の推移を示したグラフである。図６から分かるように、ε１／（α×ε２）が、１／３〜３の範囲に入るように設定できれば、最適なエネルギサブトラクション画像のノイズ量から１０％程度以下のノイズ量の増加に抑えることが可能である。このように、画像用信号のノイズ量が、四則演算における誤差伝播の関係式（式（１）、式（２）、式（３））に基づいて決定される。
【００５１】
ユーザのシステム制御部３５０への入力などによって放射線の照射条件が設定され、制御部１３０に照射条件が送信される。制御部１３０は、この予め設定された放射線の照射条件に応じて、１回目の撮像によって取得される画像用信号に含まれるノイズ量と２回目の撮像によって取得される画像用信号に含まれるノイズ量との差が小さくなるように、サンプルホールド回路２８０を制御する。具体的には、制御部１３０は、１回目の撮像において、放射線５１１の照射によって生成される画像用信号が取得できるように、サンプルホールド回路２８０が画像用信号をサンプリングするタイミングをサンプルホールド信号ＴＳ１によって制御する。制御部１３０は、同様に、制御部１３０は、２回目の撮像において、放射線５１２の照射によって生成される画像用信号が取得できるように、サンプルホールド回路２８０が画像用信号をサンプリングするタイミングをサンプルホールド信号ＴＳ１によって制御する。
【００５２】
図８に示すように、１回の放射線の照射の間の放射線の立ち上がり、立ち下がりを利用して、１回目のサンプルホールド信号ＴＳ１の動作前後で放射線８００を用いた撮像、放射線８０２を用いた撮像を行う場合も同様である。この場合、放射線の照射条件は、放射線のエネルギ値を設定するための管電圧、管電流の値、放射線を照射する照射時間および放射線のエネルギの時間変化の情報を含む。放射線のエネルギの波形の時間変化の情報は、放射線の複数のエネルギ値などの条件に応じて記憶部３５４などに記憶しておき、エネルギ値の設定がされるとともに、記憶部３５４から読み出されてもよい。ユーザのシステム制御部３５０への入力などによって放射線の照射条件が設定され、制御部１３０に照射条件が送信される。制御部１３０は、予め設定された放射線の照射条件に応じて、１回目の撮像によって取得される画像用信号に含まれるノイズ量と２回目の撮像によって取得される画像用信号に含まれるノイズ量との差が小さくなるように、サンプルホールド回路２８０を制御する。制御部１３０は、予め設定された照射条件に応じて、ノイズ量の差が小さくなるように、サンプルホールド信号ＴＳ１、リセット信号ＰＲＥＳを用いてサンプルホールド回路２８０が画像用信号をサンプリングするタイミングを制御する。具体的には、制御部１３０は、放射線８０１の照射中、サンプルホールド信号ＴＳ１を用いて放射線８００のタイミングで、サンプルホールド回路２８０に、１つ目の画像用信号をサンプリングさせる。次いで、制御部１３０は、リセット信号ＰＲＥＳを用いて変換素子２１０をリセットする。さらに、制御部１３０は、サンプルホールド信号ＴＳ１を用いて放射線８０２のタイミングで、サンプルホールド回路２８０に、２つ目の画像用信号をサンプリングさせる。例えば、補正係数が適用された低エネルギの放射線の画像用信号のノイズ量が、高エネルギの画像用信号のノイズ量の１／３倍以上かつ３倍以下になるタイミングで画像用信号をサンプリングするように、制御部１３０はサンプルホールド回路２８０を制御する。
【００５３】
本実施形態では、低エネルギ画像と高エネルギ画像とを差分処理するなどして、骨画像と軟部組織画像とを分離するなどの処理を行う形態を説明した。しかしながら、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、低エネルギ画像と高エネルギ画像とを用いて、非線形連立方程式を解くなどして、骨画像と軟部組織画像とを分離する場合や、電子密度画像と実効原子番号画像とに分離するなどの場合にも適用できる。また、本実施形態では、放射線のエネルギ値を放射線源４００の管電圧、管電流を変更することで変化させているが、これに限られることはない。例えば、放射線源４００の管電圧や管電流を変更せずに、ビームハードニングフィルターなどの挿入の有無によって、それぞれ異なるエネルギの放射線による画像を取得してもよい。
【００５４】
本実施形態において、２つの異なるエネルギの放射線を用いた撮像で生成される画像用信号において含まれるノイズ量に応じて、サンプルホールド回路２８０が画像用信号をサンプリングするように、制御部１３０が放射線撮像装置１００の制御を行う。これによって、エネルギサブトラクション画像のノイズを抑制し、良好な画質のエネルギサブトラクション画像を取得することが可能となる。また、本実施形態は、放射線を照射する条件のテーブルを記憶部３５４に保持するだけで、被ばく線量を増やすことなく、サブトラクション画像のノイズを低減することが可能である。照射条件のテーブルを保持する以外、放射線撮像システム１０１に特別な構成を追加する必要がないため、システム構築が容易となる利点がある。
【００５５】
第２の実施形態
図７を参照して、本発明の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７は、本発明の第２の実施形態における放射線撮像装置１００用いた被写体の撮像からエネルギサブトラクション画像を表示するまでの処理のフロー図である。放射線撮像装置１００や放射線撮像システム１０１の構成は、上述の第１の実施形態と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。
【００５６】
まず、ステップＳ７０１において、システム制御部３５０に対するユーザの操作に応じて、放射線源４００の管電圧、管電流といった放射線のエネルギ値や放射線の照射時間、照射される放射線の波形の時間変化などの撮像時の放射線の照射条件が設定される。放射線撮像装置１００が記憶部３５４を備える場合、ユーザは、被写体に応じて記憶部３５４に記憶された放射線の照射条件から適当な条件を選んでもよい。１回の放射線の照射の場合、放射線源４００の特性に応じた放射線のエネルギ値や波形の時間変化、および、放射線の照射される照射時間などの条件が記憶部３５４から読み出され設定される。また、２回の放射線の照射の場合、上述のような照射条件のテーブルから適当な条件が記憶部３５４から読み出され設定される。また、放射線撮像装置１００が被写体の厚さを測定するためのカメラやゲージなどを備えていてもよい。この場合、制御部１３０が、検出された被写体の厚さなどの情報に応じて、記憶部３５４に記憶された放射線の照射条件から適当な条件を選んでもよい。また例えば、放射線の照射条件を選択するために、低線量で事前に被写体の撮像を行い、透過線量から被写体厚などを推定し、制御部１３０が、推定される被写体厚などから適当な放射線の照射条件を決定してもよい。放射線の照射条件が設定されると、設定された照射条件に応じて、制御部１３０は、１回目の撮像において、サンプルホールド回路２８０に画像用信号をサンプリングさせるタイミングを決定する。また、このとき、制御部１３０は、２回目の撮像において、サンプルホールド回路２８０に画像用信号をサンプリングさせるタイミングを仮決定してもよい。
【００５７】
ステップＳ７０１で、放射線の照射条件の設定を行った後、ステップＳ７０２において、１回目の放射線画像の撮像が行なわれる。生成された画像用信号は、信号処理部３５２に出力される。ステップＳ７０３において、制御部１３０は、ステップＳ７０２で取得し信号処理部３５２に出力された１回目の撮像によって取得した放射線画像の画像用信号に含まれるとノイズ量を解析する。ノイズ量の解析を行う関心領域は、撮像部１１１のうち所定の領域の画像用信号を解析してもよい。制御部１３０は、領域抽出技術などを用いて撮像部１１１のうち任意の部分の画像用信号を選択してもよい。例えば、制御部１３０は、骨の厚さが厚い腰椎などの透過線量が少ない領域を所定の領域として選択してもよい。また例えば、撮像部１１１の視野内に適当なフィルタなどを配し、ユーザがフィルタの配された場所を所定の領域として選択してもよい。また、視野内にフィルタなどが配される場合、制御部１３０がフィルタの配された場所を、透過線量が少ない領域として認識し、所定の領域として選択してもよい。制御部１３０は、高エネルギ画像の画像用信号のうち所定の領域の画像用信号の標準偏差（ノイズ）を求めるなどの処理を行うことによって、１回目に撮像された放射線画像の画像用信号に含まれるノイズ量を決定する。
【００５８】
次に、ステップＳ７０４において、制御部１３０は、ステップＳ７０３の１回目の撮像によって取得した放射線画像に含まれるノイズ量の解析結果から決定したノイズ量を基に、２回目の撮像条件、具体的には画像用信号をサンプリングするタイミングを決定する。ステップＳ７０１において２回目の撮像のサンプリングのタイミングを仮決定していた場合、決定したノイズ量に応じて、サンプリングのタイミングを修正してもよい。２回目の撮像での画像用信号のサンプリングのタイミングは、エネルギサブトラクション画像のノイズを最小にするように、上述の第１の実施形態で説明した方法で求める。このように、本実施形態においても、四則演算における誤差伝播の関係式（式（１）、式（２）、式（３））に基づいて決定されるノイズ量に基づいて、制御部１３０がサンプルホールド回路２８０によって画像用信号をサンプリングするタイミングが決定される。
【００５９】
２回目の撮像におけるサンプリングするタイミングを決定した後、ステップＳ７０５において、制御部１３０は、撮像部１１１を制御し、２回目の撮像を行う。このとき、所望の透過線量になると放射線の照射を停止させるＡＥＣ（Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能や、フォトタイマーなどを用いて放射線の照射される線量を制御しても良い。この場合、ユーザなどによって予め設定された領域の透過線量が所望の線量となったとき、制御部１３０は、システム制御部３５０に放射線源４００からの放射線の照射を停止するための信号を出力してもよい。この信号に応じて、システム制御部３５０は、放射線の照射が停止するように放射線源４００を制御する。
【００６０】
ステップＳ７０６において、撮像部１１１から出力された２つの撮像によって取得された画像用信号を用いて、信号処理部３５２はエネルギサブトラクション処理を行う。エネルギサブトラクション処理されたエネルギサブトラクション画像は、ステップＳ７０７において、信号処理部３５２から出力され、ディスプレイなどの表示装置（不図示）に表示される。このとき、エネルギサブトラクション画像だけでなく、それぞれ異なる放射線のエネルギ値で撮像された放射線画像なども信号処理部３５２から出力され、表示装置において表示されてもよい。
【００６１】
本実施形態において、１回目の撮像で生成される画像用信号において含まれるノイズ量を決定する。その後、ノイズ量に応じて、２回目の撮像における画像用信号をサンプルホールド回路によってサンプリングするタイミングの設定が行われる。これによって、上述の第１の実施形態よりもエネルギサブトラクション画像に含まれるノイズを抑制し、良好な画質のエネルギサブトラクション画像を取得することが可能となる。しかしながら、信号処理部３５２で１回目に撮像された放射線画像の解析を行う必要があり、放射線撮像システム１０１の構成が、第１の実施形態と比較して複雑になりうる。また、本実施形態において、制御部１３０と信号処理部３５２との間の通信が上述の第１の実施形態よりも増加しうる。このため、信号処理部３５２のうち放射線画像のノイズ量の解析を行う機能部分を、例えば、放射線撮像装置１００内または制御部１３０内に配してもよい。
【００６２】
また、上述の第１の実施形態および本実施形態において、２つの放射線画像からエネルギサブトラクション画像を生成する例を示したが、３回以上の撮像を行い、３つ以上の放射線画像からエネルギサブトラクション画像を生成してもよい。この場合も、上述したように生成されるエネルギサブトラクション画像のノイズ量が小さくなるように、制御部１３０が、それぞれの撮像における画像用信号のサンプリングのタイミングを制御すればよい。
【００６３】
第３の実施形態
図８〜１１を参照して、本発明の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。上述の２つの実施形態において、制御部１３０は、取得される２つの画像用信号のノイズ量が小さくなるようにサンプルホールド回路２８０が画像用信号をサンプリングするタイミングを制御した。本実施形態において、サンプルホールド回路２８０を用いることによって、１回の放射線の照射中に複数回の撮像を行い、取得した複数の画像用信号からノイズ量の少ないエネルギサブトラクション画像を生成する方法について説明する。放射線撮像装置１００や放射線撮像システム１０１の構成は、上述の第１および第２の実施形態と同様であってもよいため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
図８に示すように、１回の放射線８０１の照射の間の放射線の立ち上がり、立ち下がりを利用して、サンプルホールド信号ＴＳ１およびリセット信号ＰＲＥＳの動作前後で異なるエネルギの放射線の照射として１回の放射線の照射中に複数回の撮像を行う場合を考える。図８に示すように、サンプルホールド信号ＴＳ１のタイミングによって、それぞれの撮像において照射される放射線の線量とエネルギ値が変化する。一般的に、サブトラクション画像は、２つの放射線画像のエネルギ差が大きい方がノイズ量は少なくなる。
【００６５】
図８の上側のように１回の放射線８０１の照射を、放射線８００と放射線８０２の照射の組み合わせになるように、制御部１３０がサンプリングするタイミングを制御する場合を考える。この場合、放射線８００のように立ち上がり波形すべてを用いて放射線画像を生成するための画像用信号を取得すると、線量を稼ぐことができるが、放射線８０２によって取得した画像用信号から生成される放射線画像とのエネルギ差が小さくなる。
【００６６】
一方、図８の下側のように１回の放射線８０１の照射を、放射線８０４と放射線８０６の照射の組み合わせになるように、制御部１３０がサンプリングするように制御する場合を考える。この場合、放射線８０４のように立ち上がり波形の途中で放射線画像を生成するための画像用信号を取得すると、放射線８０６によって取得された画像用信号から生成される放射線画像とのエネルギ差を稼ぐことができる。しかしながら、放射線８０４の放射線の線量が少なくなり、エネルギサブトラクション画像のノイズ量が増加しうる。そのため、２つの放射線画像のエネルギ差とそれぞれの画像用信号に含まれるノイズ量とを適切に調節する必要がある。２つの放射線画像のエネルギ差とノイズ量との調節方法について、図９を用いて詳細に説明する。
【００６７】
図９は、本発明の第３の実施形態における放射線撮像装置１００用いた被写体の撮像からエネルギサブトラクション画像を表示するまでの処理のフロー図である。ステップＳ９０１において、撮像条件の設定を行う。撮像条件は、上述の各実施形態と同様に、放射線のエネルギ値や放射線の照射時間、放射線のエネルギの波形の時間変化などの情報を含みうる。また、撮像条件は、１回の放射線の照射の間に撮像を行う回数を含む。
【００６８】
撮像条件の設定が行われた後、ステップＳ９０２において、設定された条件に従って、放射線源４００は放射線を照射する。また、図１０に示すように、放射線撮像装置１００の制御部１３０は、撮像部１１１に、１回の放射線の照射中に複数回の撮像を行わせる。制御部１３０は、複数回の撮像のそれぞれにおいてサンプルホールド回路２７０、２８０、２９０がサンプリングした複数の画像用信号を、読出回路１４０に読み出させる。放射線撮像装置１００はサンプルホールド回路２７０、２８０、２９０を有する。このため、先の撮像の信号の読み出しと、次の撮像の信号の蓄積とを並列に行うことによって、放射線撮像装置１００は、２つの撮像の間隔を短くできる。さらに、放射線撮像装置１００は複数のサンプルホールド回路２７０、２８０、２９０を備えるため、１回の放射線の照射の間に、より短い間隔で、多くの画像用信号を取得することが可能となる。
【００６９】
複数回の撮像によって生成され、読出回路１４０によって読み出された画像用信号は、信号処理部３５２に転送される。図１０に示される構成では、１回の放射線の照射の間に１４回の撮像を行い１４個の画像用信号を取得しているが、取得される画像用信号の数はこれに限られることはない。取得される画像用信号の数は、１３以下であってもよいし、１５以上であってもよい。また、撮像を行う間隔は等間隔でなくてもよく、任意のタイミングで制御部１３０からの制御によってサンプルホールド回路２７０、２８０、２９０は画像用信号をサンプリングできる。
【００７０】
次いで、ステップＳ９０３において、図１１に示すように、取得した放射線画像を信号処理部３５２はエネルギの情報に基づいてソートする。例えば、放射線のエネルギの情報として、複数の画像用信号のそれぞれの放射線のエネルギが高い部分と低い部分との差の順に応じて、複数の画像用信号をソートしてもよい。この場合、被写体が人体であれば、骨部分と脂肪部分との透過率の違いを用いてもよい。また、例えば、放射線のエネルギの情報として、複数の画像用信号のそれぞれの放射線のエネルギが高い部分のエネルギ値の順に応じて、複数の画像用信号をソートしてもよい。ここで、エネルギが高い部分のエネルギ値とは、得られた画像用信号のうち最もエネルギが高い部分に対応する画素の画素値であってもよい。また、例えば、エネルギが高い部分のエネルギ値とは、得られた画像用信号のうちエネルギが高い部分２０％に対応する画素の画素値の平均値であってもよい。
【００７１】
１枚目に撮像された画像用信号は、放射線の立ち上がり部分で構成されるため低エネルギ画像の画像用信号となりうる。一方、放射線の立ち上がり後に撮像された画像用信号は、高エネルギ画像の画像用信号となりうる。さらに、最後に撮像された画像用信号は、放射線の立ち下がり部分で構成されるため低エネルギ画像の画像用信号となりうる。
【００７２】
次いで、ステップＳ９０４において、信号処理部３５２は、ソートされた複数の画像用信号を、低エネルギ画像に用いる画像用信号と高エネルギ画像に用いる画像用信号とに振り分ける。振り分けられた画像用信号は、それぞれ低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号として合成される。低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号は、複数の画像用信号のうち低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号として合成される信号をそれぞれ平均化または加重平均化することによって生成される。
【００７３】
ソートされた複数の画像用信号を振り分ける際、信号処理部３５２は、任意のエネルギ値をしきい値として２つに振り分けられてもよい。また、信号処理部３５２は、後の工程において得られるエネルギサブトラクション画像を考慮し、それぞれの画像用信号に含まれるノイズ量に応じて振り分けられてもよい。例えば、合成された低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号にそれぞれ含まれるノイズ量の差が、所定の範囲内にあるように振り分けてもよい。例えば、上述のように、誤差伝播の関係式に基づいて、合成された低エネルギ画像用の画像用信号に含まれるノイズ量が、高エネルギ画像用の画像信号に含まれるノイズ量の１／３倍以上かつ３倍以下になるように、複数の画像用信号を振り分けてもよい。このとき、ノイズ量の差が所定の範囲内にある、複数の合成された低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号の組み合わせが生成されてもよい。以下では、複数の組み合わせがある場合について説明する。
【００７４】
画像用信号の合成を行った後、ステップＳ９０５において、合成された低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号を用いて、それぞれの組み合わせに応じたエネルギサブトラクション画像を生成する。次いで、ステップＳ９０６において、信号処理部３５２は、生成されたエネルギサブトラクション画像の所定の部分の画素値の標準偏差などを用いて、それぞれのエネルギサブトラクション画像に含まれるノイズ量を解析する。例えば、信号処理部３５２が、透過線量が少ない領域を所定の領域として選択してもよい。第２の実施形態において説明した場合と同様の方法を用いて、信号処理部３５２はノイズ量の解析を行うことができる。解析値は、後で参照できるように、記憶部３５４に保存する。
【００７５】
次いで、ステップＳ９０７において、信号処理部３５２は、得られた低エネルギ画像用の画像用信号および高エネルギ用の画像信号のすべての組み合わせにおいてエネルギサブトラクション画像の生成が実施されたか判定する。未実施の場合は、ステップＳ９０４に戻り、未実施の組み合わせパターンで合成画像を作成する。すべての組み合わせでエネルギサブトラクション画像の生成が実施されている場合、ステップＳ９０８に移行する。ただし、施行する組み合わせは任意であり、必ずしもすべての組み合わせにおいて、エネルギサブトラクション画像の生成を行う必要はない。
【００７６】
次いで、ステップＳ９０８において、複数の組み合わせから生成されたエネルギサブトラクション画像のうち含まれるノイズ量の最も小さいエネルギサブトラクション画像を信号処理部３５２は出力する。出力されたエネルギサブトラクション画像は、ディスプレイなどの表示装置（不図示）に表示される。
【００７７】
本実施形態において、実際に出力されるエネルギサブトラクション画像に含まれるノイズ量を最小化するように、複数の画像用信号を合成する組み合わせを信号処理部３５２が決定する。そのため、確実にノイズが低減されたエネルギサブトラクション画像を取得することが可能となる。しかしながら、本実施形態は、信号処理部３５２で多くの画像処理を行うため、撮像からサブトラクション画像の表示までに時間がかかりうる。また、本実施形態において、多くの撮像を行い、複数の画像用信号を信号処理部３５２に出力する必要があるため、放射線撮像装置１００内に信号処理部３５２が配されていてもよい。また、本実施形態において、複数回の撮像の間にリセット動作を行った場合、リセット動作期間は画像用信号の生成に寄与しない無効曝射となる。このため、リセット動作を行わずにサンプルホールド回路２７０、２８０、２９０が生成された信号を複数回サンプリングし、それぞれの信号の差分を、画像用信号として用いてもよい。
【００７８】
以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１００：放射線撮像装置、１１１：撮像部、１１２：画素、１３０：制御部、２７０，２８０，２９０：サンプルホールド回路
【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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