(57)【要約】  誘導放出性蛍光体層を有する誘導放出性蛍光体シート、特に画像情報を搬送する放射線への露出によって画像が蓄積されたシートから、その放射線画像を読み取る方法及び装置を提供する。本方法は、誘導放出性蛍光体シートを刺激線に対し露出することにより、放射線への露出時にその誘導放出性蛍光体シートに蓄積されたエネルギの量に比例する量の光を放射させるステップと、その放射光を検知して検知信号を生成するステップと、互いに違う構成を有する第１及び第２増幅器のうち何れかを検知信号の大きさに応じて使用しその検知信号を増幅することにより、増幅済検知信号を生成するステップと、その増幅済検知信号をディジタル信号に変換することによりディジタル画像を生成するステップと、を有する。好ましくは、第１及び第２増幅器を対数及び線形増幅器とする。
2008510187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導放出性蛍光体層を有しており、画像情報を搬送する放射線への露出によって画像が蓄積された誘導放出性蛍光体シートから、その放射線画像を読み取る方法であって、
誘導放出性蛍光体シートを刺激線に対し露出することにより、放射線への露出時にその誘導放出性蛍光体シートに蓄積されたエネルギの量に比例する量の光を放射させるステップと、
その放射光を検知して検知信号を生成するステップと、
互いに違う構成を有する第１及び第２増幅器のうち何れかを検知信号の大きさに応じて使用しその検知信号を増幅することにより、増幅済検知信号を生成するステップと、
その増幅済検知信号をディジタル信号に変換することによりディジタル画像を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、上記増幅ステップにて、対数増幅器及び非対数増幅器のうち何れかを検知信号の大きさに応じて使用しその検知信号を増幅することにより、増幅済検知信号を生成する方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、上記非対数増幅器が線形増幅器である方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法であって、上記非対数増幅器が算術増幅器、幾何増幅器又は電力増幅器である方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、上記検知信号増幅ステップにて、
検知信号の大きさが所定のしきい値を下回っているとき対数増幅器を用いて検知信号を増幅するステップと、
検知信号の大きさが上記しきい値を上回っているとき非対数増幅器を用いて検知信号を増幅するステップと、
を実行する方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、増幅済検知信号をディジタル信号に変換することによりディジタル画像を生成するステップにて、増幅済検知信号の一部だけがディジタル信号に変換されることとなるよう、増幅済検知信号のうちディジタル信号に変換すべき信号を判別するステップを実行する方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、更に、増幅済検知信号のうちディジタル信号に変換すべき信号に加重係数を適用するステップを有する方法。
【請求項８】
誘導放出性蛍光体層を有しており、画像情報を搬送する放射線への露出によって画像が蓄積された誘導放出性蛍光体シートから、その放射線画像を読み取る装置であって、
誘導放出性蛍光体シートを刺激線に対し露出することにより、放射線への露出時にその誘導放出性蛍光体シートに蓄積されたエネルギの量に比例する量の光を放射させる手段と、
その放射光を検知して検知信号を生成する手段と、
互いに違う構成を有する第１及び第２増幅器のうち何れかを検知信号の大きさに応じて使用しその検知信号を増幅することにより、増幅済検知信号を生成する手段と、
その増幅済検知信号をディジタル信号に変換することによりディジタル画像を生成する手段と、
を有する装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、第１及び第２増幅器が対数及び非対数増幅器である装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置であって、上記非対数増幅器が線形増幅器である装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置であって、上記非対数増幅器が算術増幅器、幾何増幅器又は電力増幅器である装置。
【請求項１２】
請求項９記載の装置であって、更に、検知信号の大きさが所定のしきい値を（１）下回っていれば対数増幅器を用いて、（２）上回っていれば非対数増幅器を用いて、検知信号が増幅されることとなるよう、上記しきい値に基づく判別を行う手段を備える装置。
【請求項１３】
誘導放出性蛍光体層を有しており、画像情報を搬送する放射線への露出によって画像が蓄積された誘導放出性蛍光体シートから、その放射線画像を読み取る方法であって、
誘導放出性蛍光体シートを刺激線に対し露出することにより、放射線への露出時にその誘導放出性蛍光体シートに蓄積されたエネルギの量に比例する量の光を放射させるステップと、
その放射光を検知して検知信号を生成するステップと、
検知信号の大きさが所定の検知信号しきい値を下回っているとき対数増幅器を用いて検知信号を増幅するステップと、
検知信号の大きさが上記検知信号しきい値を上回っているとき非対数増幅器を用いて検知信号を増幅するステップと、
増幅済検知信号の一部だけがディジタル信号に変換されることとなるよう、増幅済検知信号のうちディジタル信号に変換すべき信号を判別するステップと、
この判別によって選ばれた増幅済検知信号をディジタル信号に変換することによりディジタル画像を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、更に、ディジタル信号に変換すべき増幅済検知信号に加重係数を適用するステップを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線撮影（ラジオグラフィ）の分野に属する発明であり、特に、蛍光体を刺激して発光させることによりその蛍光体に蓄積されている画像を読み取る画像読取装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮影法は、高エネルギ電磁輻射たるＸ線に対し注目被写体を露出することによって、その被写体の内部構造を非破壊的に画像化する技術である。この技術では、線源から放射されたＸ線を被写体内に通すと、その被写体の内部構造によって様々なレベルでＸ線が吸収されて減衰し、出会った物質の吸収特性に応じ弱くなったＸ線がその被写体から出てくることを、利用している。
【０００３】
注目被写体の吸収特性を知るには、その被写体を高エネルギ電磁輻射源（線源）と画像記録媒体との間に置けばよい。線源から放射され被写体を通った放射線は、その被写体によって弱められた上で、画像記録媒体に入射する。即ち、その被写体の吸収特性に応じ様々に減衰した放射線が、画像記録媒体に入射する。放射線が入射すると、その放射線の強度に比例した変化がその画像記録媒体に現れる。それによって被写体内部構造情報が画像記録媒体に蓄積されるので、次いでその画像記録媒体を処理すること、例えばディジタル信号に変換することによって、蓄積された情報を再生することができる。なお、画像記録媒体としては、シートフィルム、蛍光体媒体等が広く用いられている。
【０００４】
特に、ＣＲ（computed radiography：コンピュータを利用した放射線撮影）用画像記録媒体としては、蛍光体プレート（フォスファプレート）の価値が認められ、広く普及している。蛍光体プレート使用時には、まずＸ線等の電磁波を放射して蛍光体プレートに入射させ、その蛍光体プレート上の蛍光体格子に作用させる。すると、蛍光体プレート上の蛍光体内に、入射放射線強度に比例したエネルギが蓄積される。このエネルギは、その蛍光体プレートをレーザ光でスキャンし、それによって蛍光体を刺激して蛍光させることによって、リリースさせることができる。この蛍光を検知し定量して記憶することによって、画像を構成する各画素の画素値を得ることができる。
【０００５】
また、画像化対象被写体を貫通し画像記録媒体に入射してくる放射線は、前述の通り、被写体の吸収特性によって弱められている。この吸収特性を決める数値としては、例えばＺ値、密度、肉厚等がある。そのうち肉厚は、大まかにはその被写体の貫通放射線伝搬方向寸法のことであり、被写体を貫通する放射線はこの減衰発生物質肉厚による特徴減衰を被る。肉厚に対する特徴減衰の関係は線形な関係ではなく、肉厚が増加すると貫通後放射線の強度は指数的に低下する。
【０００６】
図１に、介在肉厚と貫通放射線減衰量の指数的関係を示す。ここで想定している被写体１００は、その密度ρが均一な物質によって形成されており、且つそのｚ軸方向寸法（肉厚）に直線傾斜のある被写体、例えばｚ軸方向寸法に傾斜のあるアルミニウム片である。更に、被写体１００を構成する５個の層１００ａ〜１００ｅの肉厚は何れも単位肉厚ｚ0であり、被写体１００に照射される放射線１０５はｚ軸とほぼ平行な方向から到来して被写体１００を貫通している。図中、放射線１０５の例として１０５ａ〜１０５ｆを記してある。その矢印の太さはその放射線の強度に比例している。
【０００７】
図示の例では、被写体１００に入射する放射線１０５ａ〜１０５ｆの強度がほぼ同じである。この強度は例えば線源放射時強度によって決まる。被写体１００を貫通した放射線１１５ａ〜１１５ｆは蛍光体プレート１２０上に入射し、その蛍光体プレート１２０により吸収される。蛍光体プレート１２０は、吸収した放射線１１５ａ〜１１５ｆの強度に比例した量のエネルギを獲得する。図中に例示した放射線１１５ａ〜１１５ｆから解るように、被写体１００の肉厚が大きな部分では放射線減衰量が大きくなる。例えば、ｙ＝０近傍での被写体肉厚はほとんど無視できる程薄く、従って放射線１１５ａがさほど弱くなっていないのに対して、より肉厚のある場所を貫通してきた放射線１１５ｂはより弱まっている。前述の通り、この特徴減衰は肉厚増加に対し直線的に増加するのではなく、それによる放射線強度低下は肉厚増加に対し指数的になる。即ち、単位肉厚ｚ0分の肉厚変化による放射線強度変化の量は、肉薄部分では割合に大きいが肉厚部分では無視しうる程小さくなる。例えば、層１００ａを貫通した放射線の強度と層１００ｂを貫通した放射線の強度との差は大きく、層１００ｄを貫通した放射線の強度と層１００ｅを貫通した放射線の強度との差はそれより小さい。
【０００８】
固体貫通時における放射線減衰量は、大まかには、次の特徴減衰関数
［数１］
Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−μ（ｚ））        …  （１）
によって表すことができる。この式中、Ｉは肉厚ｚの物質を貫通してきた放射線の強度、Ｉ0は放射線源から放射された放射線（但し上記物質を未貫通のもの）の強度、μは上記物質の線形吸収係数である。線形吸収係数μには各種吸収効果及び散乱効果、例えばトンプソン散乱、コンプトン散乱、光電（ＰＥ）吸収、対生成、光分解等が算入されており、一般に物質が違うと異なる値になる。診断画像撮影で常用される放射線パワーレベルで放射線を最も大きく減衰させるのはＰＥ吸収であり、その度合いは、その放射線が貫通する物質の密度等、幾つかの要素に依存している。
【０００９】
図２に曲線２１０のプロット結果２００を示す。この曲線２１０は、線形吸収係数μを有する物質例えば図１中の被写体１００について、放射時放射線強度Ｉ0に対する貫通後放射線強度Ｉの比と肉厚ｚとの関係を、プロットしたものである。この比の値は肉厚の関数であり、肉厚＝０では比＝１即ちゼロ減衰であるが、肉厚を増すと比＝０即ち無限大減衰に漸近していく。
【００１０】
このように特徴減衰が指数的だと、蛍光体プレートへの入射放射線強度に貫通部位肉厚による指数バイアスがかかる。そのため、肉薄部分ではコントラスト分解能（コントラストの明瞭さ）が割合高いが肉厚部分では割合低くなる。言い換えれば、肉薄部分での単位肉厚増加による放射線減衰量増加幅は肉厚部分でのそれに比べ大きくなる。先に例示した被写体１００でいえば、層１００ａを貫通することによる放射線減衰量は層１００ｂを貫通することによる放射線減衰量より大きいということであり、また層１００ｅを貫通中の放射線が単位肉厚通過により被る減衰の量は無視しうる程度になるということである。
【００１１】
このように、蛍光体プレートに入射する放射線には肉厚による指数歪が含まれている。そのため、蛍光体プレートに蓄えられているエネルギ即ち潜像をリリースさせたとしても、そのエネルギの量は貫通物質密度を的確に反映したものにならず、画像化対象被写体の内部構造を正確に描写したディジタル画像が得られないことがある。これは、ダイナミックレンジ内コントラスト分解能変動による現象である。
【００１２】
この現象を打ち消すには指数減衰と逆の効果を発生させればよい。在来型処理手法ではしばしばそうした試みがなされている。例えば数１を変形し両辺の自然対数をとった減衰量は
［数２］
ｌｎ（Ｉ／Ｉ0）＝−μ（ｚ）    …  （２）
となる。直観的に解るように、この減衰量と肉厚ｚの関係は線形である。そこで、在来型システムでは、蛍光体プレートスキャンで得られた検知信号を対数増幅器に通すことで、指数的特徴減衰による歪を補償するようにしている。それにより得られる増幅済検知信号においては、単位肉厚貫通によって貫通放射線が被る減衰が、その減衰が生じるのが肉薄部分か肉厚部分かによらず等量であるかのように現れる。即ち、対数増幅によって検知信号値が実質的に補正され、見かけ上、放射線強度変化量が肉厚に対して等量になる。
【００１３】
図３に、従来型ＣＲイメージングプロセス中のスキャンプロセス３００を模式的に示す。このプロセス３００においては、まず放射線３０５例えばＸ線が線源から放射され、この放射線３０５に対し画像化対象被写体が露出される。放射線３０５の照射先エリアは例えば看者身体の診断対象部位である。空間的に放射されるので、照射される放射線３０５の強度Ｉ0には、ｘｙ平面内強度分布Ｉ0（ｘ，ｙ）が生じる。また、照射された放射線３０５は、概ねｚ方向に沿って伝搬し被写体を貫通していき、この被写体貫通に伴いその放射線は前述の如く減衰していく。そのモデルは概ね数１に示した通りであり、この図では減衰ブロック３１０として表されている。画像化対象被写体から出てくる放射線３０５’は、その被写体の放射線吸収特性に応じた強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を呈しており、またその被写体の指数減衰特性による幾ばくかの歪成分を含んでいる。次いでこの放射線３０５’が画像記録媒体例えば蛍光体プレート３２０に入射すると、プレート内蛍光体群にその強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）が潜像として蓄積される。
【００１４】
蛍光体プレート３２０内に蓄積されたエネルギは、その後、レーザビーム等の刺激線による蛍光体プレート３２０のスキャンによって、リリースされる。即ち、レーザビームによってプレート内蛍光体が蛍光し、蛍光体に蓄えられていたエネルギがその量に比例する量の誘導放出としてリリースされる。画像記録媒体から潜像をリリースさせるのに適したスキャン装置は、本件技術分野では従来から知られている。例えば、この参照を以てその全内容を本願に繰り入れるところの特許文献６（発明者：Ｋｏｒｅｎ）に記載のスキャン装置である。放射線露出後の蛍光体プレート３２０をスキャンするやり方としては、例えば本件技術分野における習熟者（いわゆる当業者）に知られているやり方が使用される。即ち、蛍光体プレート３２０の表面がレーザビームによって横断的にスキャンされるよう、またそのスキャンがある規則的な経路に沿って行われるよう、レーザビームを蛍光体プレート３２０上の経路内箇所に入射させる。それによって、スキャン経路内の各箇所に蓄えられていたエネルギが概ねシリアルにリリースされる。
【００１５】
レーザビームは時々刻々とその位置を変えスキャン経路沿いに蛍光体プレート３２０を横断していくので、蛍光体プレート３２０内に蓄積されていたエネルギは、最終的に得られる画像を構成する各画素に対応する個々の領域毎に、異なるタイミングでリリース、放出されることとなる。即ち、蛍光体プレートからリリースされるエネルギは、強度分布を時間の関数により表した誘導放射となる。図示の例でいえば、蛍光体プレート３２０から誘導放射３１５としてリリースされるエネルギが、ある強度分布Ｉ’（ｔ）を有するものになるということである。スキャン経路は予め概ね決まっているので、エネルギリリースタイミングからエネルギリリース部位を知ることができる。
【００１６】
誘導放射３１５を検知するには、その誘導放射３１５に反応しその誘導放射３１５の強度を示す検知信号を生成する検知器を、用いればよい。図示の例では、蛍光体プレート３２０からの誘導放射３１５（少なくともその一部）がその光検知面上に入射することとなるよう、光電子増倍管（ＰＭＴ）３５０が蛍光体プレート３２０の近くに配置されている。ＰＭＴ３５０は、誘導放射３１５の入射に応じて電気信号３２５を発生させる。この電気信号３２５の大きさは誘導放射３１５の強度を表している。即ち、図中のＰＭＴ３５０にて発生する電気信号３２５の大きさは、時間の関数である誘導放射強度分布Ｉ’（ｔ）に従って変化する。
【００１７】
しかしながら、画像化対象被写体における指数的特徴減衰３１０による歪はプロセス的に遮られていないので、この電気信号３２５には歪が含まれている。即ち、電気信号３２５は、画像化対象被写体密度特性の歪んだ描写となっている。この歪を補償するため、在来型システムでは、電気信号３２５を対数増幅器３６０に供給することによって、指数的特徴減衰効果を根本的に打ち消すようにしている。対数増幅された電気信号３２５’は次いでアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）３７０に供給され、ディジタル画像３９０を構成するディジタル信号３３５に変換される。こうして得られた画像３９０は、適宜、送出、追加処理、表示等に供することができ、それを通じて被写体の内部構造を観察することができる。
【００１８】
なお、画像読出については、何れもこの参照を以て本願に繰り入れるところの特許文献４（発明者：Ｆｕｋｕｏｋａ）、特許文献３（発明者：Ａｒａｋａｗａ）及び特許文献５（発明者：Ｉｔｏ）に、関連事項が記載されている。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第４３８７４２８号明細書
【特許文献２】米国特許第３７５２９０５号明細書
【特許文献３】米国特許第５２７８７５４号明細書
【特許文献４】米国特許第５３５７１１８号明細書
【特許文献５】米国特許第５５３５２８９号明細書
【特許文献６】米国特許第６６２４４３８号明細書
【特許文献７】欧州特許第０３９８０２９号明細書
【特許文献８】欧州特許第０４１４１５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的の一つは、放射線画像読出方法及び装置におけるコントラスト分解能を向上させることにある。
【００２１】
なお、本願では本発明の目的及び適用対象を幾つか示すが、それらは本発明の実施形態又はその目的であり例示的性格のものである。本発明の対象乃至目的とするに値するものは他にもあり得、いわゆる当業者であれば現時点で又は将来においてそれを本願の記載に基づき実現乃至達成することができよう。本発明の要旨は、そもそも別紙特許請求の範囲により定義されるものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一実施形態は、誘導放出性蛍光体（stimulable phosphor）層を有する誘導放出性蛍光体シート、特に画像情報を搬送する放射線への露出によって画像が蓄積されたシートから、その放射線画像を読み取る方法である。本方法は、誘導放出性蛍光体シートを刺激線（stimulating ray）に対し露出することにより、放射線への露出時にその誘導放出性蛍光体シートに蓄積されたエネルギの量に比例する量の光を放射させるステップと、その放射光を検知して検知信号を生成するステップと、互いに違う構成を有する第１及び第２増幅器のうち何れかを検知信号の大きさに応じて使用しその検知信号を増幅することにより、増幅済検知信号を生成するステップと、その増幅済検知信号をディジタル信号に変換することによりディジタル画像を生成するステップと、を有する。好ましくは、第１及び第２増幅器を対数及び線形増幅器とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、別紙図面を参照しつつ本発明の実施形態についてより仔細に説明する。以下の説明は、上述のものもそれ以外のものも含め、本発明の目的、構成及び効果についてのより好適な理解を促すためのものである。なお、図面に示されている各部材間の寸法比は必ずしも正確ではない。
【００２４】
また、本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明においては、複数の図面に現れる同一の構造構成要素に、同一の参照符号を付すこととする。
【００２５】
まず、前述したように、対数増幅器を使用するイメージングプロセスでは、指数的特徴減衰を直線上にうまくマッピングすることができる。言い換えれば、対数増幅器を用いることによって、そのイメージングシステムのダイナミックレンジ全域例えばゼロ減衰から実質完全減衰までの範囲に亘り、肉厚と放射線減衰量との関係を見かけ上ほぼ線形にすることができる。また、対数増幅によって、ダイナミックレンジ全域に亘りコントラスト分解能がほぼ均一になる。これは、肉薄部分でも肉厚部分でも単位肉厚当たりの放射線減衰量が見かけ上ほぼ同じになるからである。
【００２６】
また、物質のなかにはアルミニウムのようにその吸収特性がよく解っているものがある。そのため、肉厚を表す際にそうした物質の肉厚を単位として用いることがある。例えば、人体組織等を含め様々な物質の吸収特性をアルミニウム肉厚換算値で表すことが、通例となっている。この関係からも解るように、その横軸を肉厚ではなく密度にして表した減衰特性は、図２中の曲線２１０と同様の曲線になる。従って、肉厚が単位量増加する毎の減衰量変化分が肉薄部分でかなり大きくなるのと同様、密度が単位量増加する毎の減衰量変化分も低密度物質ではかなり大きくなる。即ち、未増幅段階でのコントラスト分解能は、低密度物質の方が大きくなる。
【００２７】
前述した対数増幅は、検知信号を修正してそのコントラスト分解能をダイナミックレンジ全域に亘りほぼ均等にしてしまう。即ち、対数増幅には、信号の実質的線形化と引替に、ダイナミックレンジ下部（曲線２１０のうちｚ値が小さな部分）におけるコントラスト分解能を低下させダイナミックレンジ上部（大きな部分）におけるコントラスト分解能を向上させる傾向がある。本願出願人の認識によれば、このように対数増幅はダイナミックレンジ内各領域に対し領域毎に異なる影響を及ぼすものであるので、不都合な影響を受ける領域もまた存在する。特に、対数増幅を実施すると、低密度物質を調べる際のコントラスト分解能が低くなってしまう。
【００２８】
そのため、本願出願人は、対数増幅はダイナミックレンジ全域を対象とした大域的歪補償に適しているけれども、ダイナミックレンジ内の特定の領域におけるコントラスト分解能を向上させまた最適化するには、他の増幅手法を用いた方がよいと考える。本発明及びその様々な実施形態は、こうした認識に基づくものである。
【００２９】
図４に、本発明の一実施形態に係るＣＲ画像取得プロセスの流れを示す。この図のスキャンプロセス４００は図３に示したものとほぼ同様であるが、但し、対数増幅器３６０に代え所望関数に従い電気信号３２５を増幅する増幅器４６０を用い、それによってダイナミックレンジ内所望領域におけるコントラスト分解能を概ね向上させる点で、異なっている。この増幅器４６０は、大まかにはダイナミックレンジ内のある狙った領域、例えばある所望の密度領域におけるコントラスト分解能が改善されるよう、構成乃至設定されている。
【００３０】
ご理解頂けるように、本発明の適用対象はＣＲに限られるわけではない。例えばＤＲ（direct radiography：直接放射線撮影）のように、画像化対象被写体が放射線に対し露出されるものであればどのようなイメージング手法にも、本発明を適用することができる。貫通放射線には必ず指数的特徴減衰が現れるので、本発明を適宜適用、実施することによって、ＣＴ（computed tomography：コンピュータを利用した放射線断層撮影）、ラミノグラフ撮影（多断層同時撮影）、ＣＲ、ＤＲ等、あらゆるＸ線装置で画質を向上させることができる。本願出願人の熟慮したところによれば、本発明は、少なくとも指数的特徴減衰が生じるかその補償の必要があるシステムであればどのようなシステムでも、本発明を実施することができる。そうしたシステムもまた、本発明の技術的範囲に属するものであるといえよう。
【００３１】
図５に、本発明の一実施形態に係るスキャンプロセス５００を示す。このプロセス５００は図４に示したプロセス４００とほぼ同じプロセスであるが、検知信号３２５が線形増幅器５６０に供給されている点で異なっている。線形増幅器５６０を用いることは、ダイナミックレンジ下部におけるコントラスト分解能を高い値に保持するのに役立つ。即ち、本願出願人の考えるところによれば、ダイナミックレンジ下部を線形増幅器５６０によってマッピングする構成によって、低密度物質を高いコントラスト分解能で調べることが可能になる。
【００３２】
医療診断手順のなかには、高密度物質が存在していないことが解っている（或いは実質的に無視しうる量しか存在していないことが解っている）身体部位や、高密度物質の存否に関心が持たれない身体部位を、画像化したい手順がある。例えばマンモグラフ撮影（mammography：乳房の放射線撮影）で画像化対象とされる組織は、歯、骨、高密度器官等に比べ、おしなべて均質で割合に低密度である。癌又はそれと疑わしい小瘤乃至結節の密度も割合に低く、その周囲の胸部組織の密度とあまり違いがない。そうした医療診断手順では、低密度物質間のコントラストを強調することが望まれている。
【００３３】
従来の対数増幅のように、ダイナミックレンジ全域に亘りコントラストを均す傾向を呈する処理手法では、低密度スペクトラムにおけるコントラストが不十分で正常胸部組織と異常胸部組織例えば癌腫乃至結節との弁別が難しい場合がある。言い換えれば、従来の対数増幅により取得した画像では、正常組織密度と異常組織密度との差が不十分なために画素強度にそれと解る違いが現れないことがある。本願出願人が確認したところによれば、ダイナミックレンジ内診断対象組織対応領域、例えば正常胸部組織密度及び異常胸部組織密度を含む領域について線形増幅器を使用することにより、正常胸部組織と異常胸部組織とのコントラストを強調することができる。
【００３４】
また、ご理解頂けるように、線形増幅器を利用してコントラスト分解能を好適に高めることができるのは特定の場合だけであり、状況によっては、また別種の増幅器を用いて画像化プロセスをカスタマイズした方がよいことがある。使用する増幅器の種類、形状、機能等は本発明の実施にとり肝要な事柄ではなく、ダイナミックレンジ内の少なくとも一部の領域で動作するものであればよい。例えば、取得した検知信号を算術増幅器、幾何増幅器、電力増幅器又はその任意の組合せによって増幅するようにしてもよい。更に、ダイナミックレンジ内の別々の領域で別々の増幅手法を用い、ダイナミックレンジの領域毎にコントラスト分解能を最適化することもできる。
【００３５】
図６に、本発明の一実施形態に係る画像取得プロセスを示す。この図のイメージングプロセス６００は、大部分、図４又は図５に示したプロセス４００又は５００と同様であるが、検知信号３２５がその大きさに応じ線形増幅器６６０ａ及び対数増幅器６６０ｂの何れかに供給される点で異なっている。例えば、検知信号３２５が所定のしきい値より大きい場合は検知信号３２５が線形増幅器６６０ａに供給され、逆に検知信号３２５がしきい値より小さい場合は検知信号３２５が対数増幅器６６０ｂに供給されることになるよう、スイッチ６５５を動作させるとよい。このようにすれば、ダイナミックレンジ内の複数個の所望領域を互いに異なったやり方で個別に増幅することができる。
【００３６】
また、ご理解頂けるように、ダイナミックレンジ内の各領域で増幅に使用される増幅器の個数や種類は、本発明の実施にとり肝要な事柄ではないのでどのような個数乃至種類にしてもよい。例えば、その勾配が異なる２個以上の線形増幅器を、１個以上の適当なしきい値に基づき選択的に動作させることによって、ダイナミックレンジ内領域毎増幅を好適に行うことができる。更に、検知信号を複数個の増幅器に対し選択的に供給するのではなく、複数個の増幅器それぞれに並行的に供給するようにしてもよい。
【００３７】
例えば図７においては、検知信号３２５が増幅器７６０ａ、７６０ｂ、７６０ｃ等々にそれぞれ供給されている。増幅器７６０の個数は何個でもよいしその種類はどのような種類でもよい。各増幅器７６０の出力は判別ブロック７８０に供給されており、判別ブロック７８０では、例えばどの増幅済信号を用いるかを判別するなりそれらの増幅済信号を加重加算して結合するなりして、電気信号７３５を発生させる。また、各増幅器７６０の出力をディジタル信号に変換し、それらのディジタル信号をプロセッサにより処理する形態で、本発明を実施してもよい。例えば、プロセッサにてそれらのディジタル信号のうち何れかを選んでもよいし、それらのディジタル信号を互いに結合させてもよい。何れにせよ、プロセッサでそれらディジタル信号を修正して画像７９０を形成することが可能である。
【００３８】
また、上掲の各実施形態については、蛍光体プレート出射光の変換処理と増幅器による補償処理とが一つの画像取得プロセス内の別々の段階で実施されるものとして説明した。しかしながら、本発明は、増幅機能の全部又は一部を光電子増倍管に担わせる形態で実施することもできる。例えば、入射光エネルギに応じた電気信号を光電子増倍管にて発生させるため、光電子増倍管内に分圧回路等の回路が組み込まれているとする。その回路に可変利得部材が組み込まれていれば、必要な補償増幅処理のうち一部を、それを用いて実行することができる。
【００３９】
また、在来型ＣＲシステムでは、増幅済検知信号からディジタル信号への変換が、ＡＤＣの分解能によって決まるシステムダイナミックレンジ全域に亘って行われる。例えば、図３において８ビットのＡＤＣ３７０を用い検知信号３２５’の電圧波形から画像３９０を生成する場合、蛍光体プレートに入射する放射線のうち減衰を受けていない放射線の強度を示す検知信号最大値に画素強度＝０を、またほぼ完全に減衰してしまった放射線の強度を示す検知信号最小値に画素強度＝２５５を、それぞれ割り当て、更に電気信号３２５’の値域を均分して画素強度＝１〜２５４を割り当てる、というやり方を採る。この構成では、ダイナミックレンジ全域をほぼ等間隔で区分し、ＡＤＣ３７０の出力によって２５６通りの密度値を表すことができる。このＣＲシステムで分解検知可能な最小の密度変化分即ちＡＤＣ３７０の最下位ビット（ＬＳＢ）の幅（ＬＳＢ値の変化に相当する検知信号変化分）は、この場合、検知信号最大値Ｖmaxを２５６で除した値となる。
【００４０】
本願出願人が解明したところによれば、ＣＲシステムのコントラスト分解能を向上させるには、ＡＤＣによるディジタイズ対象領域を検知信号の値域のうち一部に限ればよい。例えば、あるしきい値より高密度の部分がスキャン対象被写体内に存在していないことが、アプリオリな知識によって解っているとする。その場合、被写体貫通放射線に露出させた後の蛍光体プレートをスキャンして得られる検知信号の電圧値は、そのしきい値に相当する電圧値を上回ることがないであろう。こうした場合を含め、ダイナミックレンジのうち特定の部分がその用途では決して生じないと解っている場合は、その部分にＡＤＣのビットを割り当てなくても特に差し支えはない。むしろ、割当を省略した分、ＣＲシステム全体としてのコントラスト分解能を格段に向上させることができよう。
【００４１】
例えば、人体組織等の物体を対象としたスキャン処理を含むある診断手順にて、そのスキャン対象物にて発生する減衰に限りがあり、最大減衰時でも検知信号値が概略Ｖmax／２未満になることはない、と解っているとする。その場合、この所与の最小検知信号値Ｖmax／２に整合するよう、検知信号の値域を改変（シフト、引き伸ばし等）した上で、その検知信号をＡＤＣによりディジタイズさせればよい。それによってＬＳＢの幅が半分になれば、そのＣＲシステムにて分解検知できる密度変化幅は、ダイナミックレンジ全域をディジタイズする在来型ＣＲシステムにおけるそれの１／２になる。具体的には、オフセットを変化させることによって画素値２５５の割当先を変え、ダイナミックレンジ下端値ではなく所与の検知信号最小値例えばＶmax／２が画素値２５５で表されるようにする。更に、利得を変化させ、それによってＶmax／２〜Ｖmaxの範囲をＡＤＣ出力の２５６値に割り当て直し、ＡＤＣのＬＳＢの幅をＶmax／２に狭めればよい。なお、所望のしきい値Ｖthresh未満の値だけがディジタイズされるよう調整する、ある値域Ｖlow〜Ｖhigh内に属する値だけがディジタイズされるよう調整する等、ダイナミックレンジ内ディジタイズ対象範囲の画定、調整方法は他にも色々ある。
【００４２】
ご理解頂けるように、ダイナミックレンジ内のどの領域をＡＤＣによってディジタイズさせるかは任意に決めることができるので、その用途で注目される領域だけがＡＤＣによってディジタイズされることとなるよう領域をうまく誂えれば、そのＣＲシステムのコントラスト分解能を最適化することができる。更にこれもご理解頂けるように、入力される電気信号のレベルに対する画素値の割当方は、様々な割当方にすることができる。例えば、上に例示した割当方とは上下逆の割当方にすることもできる。
【００４３】
図８に、本発明の一実施形態に係るＣＲシステム用のＡＤＣ８６０を示す。このＡＤＣ８６０は、入力される検知信号８２５をｎ個のビットｂn〜ｂ0を有するディジタル信号８３５に変換するｎビット変換器である。入力される検知信号８２５は、放射線露出後の蛍光体プレートにて発生させた誘導放射の強度を示す信号、例えば光電子増倍管の出力である。電圧信号を以て検知信号８２５としてもよいし電流信号を以て検知信号８２５としてもよいが、好ましくは、補償用増幅器例えば本願記載の様々な増幅器の何れかを経た信号を、検知信号８２５として入力する。検知信号８２５が最大値であるならそれは放射線減衰量が０であるということであり、最小値であるならそれは放射線がほぼ完全に減衰してしまったということである（その逆としてもよい）。検知信号８２５のダイナミックレンジは、それらの間の差即ちＶmax−Ｖminによって決まる。なお、ご理解頂けるように、信号の極性を逆にし、その最大値によって完全減衰を、最小値によってゼロ減衰を、それぞれ表すようにしてもよい。
【００４４】
仮にダイナミックレンジ全域をディジタイズすることとした場合、このＡＤＣ８６０を用いたＣＲシステムの密度分解能はＶmax／２nとなる。即ち、得られるディジタル信号８３５は２n通りの値をとり得、そのＬＳＢ即ちビットｂ0の幅として与えられる密度荷重はＶmax／２nになる。しかしながら、これよりもよい分解能を得ることが可能である。それには、検知信号８２５の値域を一部放棄して、残りの領域をディジタイズさせればよい。そのため、ＡＤＣ８６０には、検知信号８２５にオフセット８７２を加算即ち底上げする総和要素８２７と、オフセット付検知信号８２５’に正値を乗ずる可変利得素子８７４とが付設されている。オフセット８７２は正又は負の値であり、その加算によって検知信号８２５の値がシフトしオフセット付検知信号８２５’が発生する。オフセット８７２の量を決めることによって電気信号たる検知信号８２５のシフト量が決まるので、オフセット８７２の量は、ＡＤＣ８６０によりディジタイズさせたい領域とＡＤＣ８６０でディジタイズできる範囲とのずれに応じて決める。また、可変利得素子８７４にて乗ずる正値は、ＡＤＣ８６０によりディジタイズさせたい領域のサイズとＡＤＣ８６０でディジタイズできる範囲のサイズとの比に応じ、幾つかの候補から適当な値を選ぶ。これからより詳細に説明するように、これらオフセット８７２及び可変利得（８７４）を使用することによって、検知信号の値域を実質的に調整し、ＡＤＣ８６０によりディジタイズさせたい領域をＡＤＣ８６０でディジタイズさせることができる。
【００４５】
オフセット８７２及び可変利得（８７４）の導入目的は、検知信号８２５’の値域を、実質的に、ＡＤＣ８６０にてディジタイズできる範囲に嵌め込めるようにすることにある。例えば、ＡＤＣ８６０でディジタイズできる入力信号値範囲（目標値域）が、ＡＤＣ８６０の構成上、０〜Ｖmaxの範囲に決まっているとする。また、ある診断手順で幾つかの属性が判明しており、それらの属性から判断すると、ＡＤＣ８６０出力の分解能を高めるには値域の一部を放棄し、Ｖmax／２〜Ｖmaxの範囲をディジタイズさせるのが望ましいとする。一部放棄後に残った値域（注目値域）を目標値域に合わせ込むには、検知信号８２５’の値を然るべく修正する必要がある。とりわけ、注目値域の下端値であるＶmax／２を検知信号８２５’の値から減じ、その最小値を目標値域の下端値即ち０に合わせる必要がある。また、注目値域を引き伸ばして目標値域に合わせるため、後者に対する前者の比（サイズ比）に応じて利得係数を決め、その利得係数をオフセット付検知信号８２５’の値に乗ずる必要がある。ここで用いている例では注目値域のサイズが目標値域のサイズの半分であるため、可変利得素子８７４の利得係数を２にする必要がある。−Ｖmax／２をオフセット８７２として加算して得られるオフセット付検知信号８２５’を利得係数＝２で増幅すれば、注目値域が上端方向に引き伸ばされ、注目値域の上端値が目標値域の上端値と同じ値即ちＶmaxに合わせ込まれる。ご理解頂けるように、オフセット８７２の値及び可変利得素子８７４の利得係数値を適切に設定しさえすれば、どのような値域でも注目値域にすることができまたその注目値域を引き伸ばして目標値域即ちＡＤＣ８６０の入力可能信号値範囲に合わせることができる。
【００４６】
本発明をＣＲシステムとして実施する場合、１個又は複数個の増幅器例えば線形増幅器を設けて、ダイナミックレンジ内の少なくとも一部領域におけるコントラスト分解能を向上させることができる。また、上述の実施形態に関して説明した様々な構成の補償用増幅器のどれでも、当該ＣＲシステムにて使用することができる。更に、それら補償用増幅器の出力をＡＤＣ入力に合わせ込むことにより、ダイナミックレンジ内の一部領域を拡大してＡＤＣに入力し、その領域を高分解能で調べることができる。例えば、上述の通り、１個又は複数個の補償用増幅器の出力をオフセット加算素子及び可変利得素子に供給するようにする。そして、オフセット及び利得の値を、当該補償用増幅器から供給される検知信号の実際の値域のうち所望の領域だけが選択されるように、設定すればよい。ダイナミックレンジ内の特定領域を狙った増幅器の効果と、値域丸め込み・合わせ込みによる分解能向上の効果との結合により、画像の解像度をその画像を使用する特定の診断手順向けに誂え格段に高めることができ、ひいては診断効率を高めることができる。
【００４７】
本発明の実施形態として上述した各種の構成は様々な形態で実現できる。例えばハードウェアによって実施してもよいし、ソフトウェアによって実施してもよいし、それらの組合せによって実施してもよい。ソフトウェアにする場合は、そのソフトウェアを記述しているコードを適当なプロセッサによって実行すればよい。そのプロセッサの種類や個数は問わない。単体のコンピュータ内に設けたプロセッサ（群）であってもよいし、複数個のコンピュータに分散して設けたプロセッサ群であってもよい。更に、ご理解頂けるように、上述した機能を実施に移せる部材（群）であればどのようなものでも、概して当該機能を制御するコントローラ（群）と見なすことができる。そうしたコントローラ（群）は様々な形態で実現でき、例えば専用ハードウェアによって実施してもよいし、汎用ハードウェアによって実施してもよい。使用できる汎用ハードウェアとしては、上述の機能を実行できるようマイクロコード等を用いてソフトウェアがプログラミングされた１個又は複数個のプロセッサがある。
【００４８】
本発明の各種実施形態は、それ単独で使用することもできるし、互いに組み合わせて使用することもできる。また、実施形態に関するこれまでの説明中で特に示さなかった様々な配置、構成にて、本発明を実施することもできる。従って、本発明の各種実施形態の用途は、これまで図示乃至説明してきた構成における部材配置やその構成の細部によって、限定されるものではない。本発明には他の実施形態もあり得、本発明は様々な形態で実施することができる。特に、１個又は複数個の補償用増幅器を用いダイナミックレンジの一部領域におけるコントラスト分解能を向上させる手法は、それ単独で用いることもできるし、或いはＡＤＣがディジタイズできるように値域を合わせ込む装置と組み合わせて使用することもできる。
【００４９】
更に、使用する補償用増幅器の種類、ＡＤＣ入出力の値域の最適設定法等は、画像化対象被写体を電磁輻射に対し露出しその被写体についての情報を取得するイメージングシステムにて使用できるものである限り、どのようなものでもよい。例えば、ＣＴスキャン装置に組み込まれている検知器アレイからの検知信号を補償するのに、上述した構成の補償用増幅器を用いることができる。また、ＤＲ装置にて得られる検知信号も、ダイナミックレンジ内部分領域における分解能を向上させる望ましい増幅器に供給することによって、補償処理することができる。このように、これまでの説明及び前掲の図面は一例を示すものに過ぎない。
【００５０】
また、本願における用語法及び表現法は専ら説明を目的としたものであって、発明要旨の限定を意図したものではない。例えば、「含む」「備える」「有する」「形成する」「構成する」等の用語やその類語は、その目的語となっている種々の事物だけに対象を限る趣旨で用いられているのではなく、機能的に等価な事物等、他の事物も加えて差し支えないという趣旨で用いられている。
【００５１】
更に、本願中で参照した文書、特許文献、記事、論文等の情報素材は全て、その参照によって本願中に繰り入れられるものとする。
【００５２】
また、本願では、現時点で本発明の好適な実施形態と考えられる構成を想定し、その構成に基づき本発明を詳細に説明している。しかしながら、ご理解頂けるように、本発明の要旨及び技術的範囲を逸脱しない限り、更なる変形や修正を施すことができる。即ち、本願における実施形態参照説明は、どのような意味でも例示であって限定ではない。そして、本発明の技術的範囲は別紙特許請求の範囲に示されている通りであり、文理上本発明の技術的範囲に入る類の変形は勿論、その均等物に該当する範囲の変形も、本発明の技術的範囲に属するものと見なされたい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】介在物質肉厚と貫通放射線減衰量の間の指数的関係を示す図である。
【図２】放射時放射線強度に比較した貫通後放射線強度と肉厚との関係をプロットした図である。
【図３】従来型ＣＲイメージングプロセスを模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＣＲ画像取得プロセスを模式的に示すフロー図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るＣＲ画像取得プロセスを模式的に示すフロー図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係るＣＲ画像取得プロセスを模式的に示すフロー図である。
【図７】本発明の更なる実施形態に係るＣＲ画像取得プロセスを模式的に示すフロー図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るＣＲシステム用のアナログディジタル変換器を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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